Biosensores y su utilización en la detección de moléculas infectocontagiosas

La naturaleza ha sido, desde el inicio de la historia de la humanidad, la mejor fuente de inspiración para innovaciones, más si se trata de temas concernientes a salud. Por ejemplo, desde objetos ergonómicos como en su momento fue la silla hasta los desafíos planteados en la revolución de las vacunas, han servido para enfrentar diversas enfermedades en forma de epidemias.

Los mecanismos de detección, regulación y tratamiento a nivel micro y nano biológico han cambiado la forma de encarar los desafíos en “salud publica” de la humanidad. La historia de los biosensores se remonta al uso de los canarios dentro de las canteras, donde los mineros los usaban para detectar la presencia de gases tóxicos. El cuerpo humano posee y produce una parte importante del biosensor, aquella molécula llamada biomarcador que permite trazar diferentes tipos de procesos dentro del cuerpo humano. Uno de los ejemplos que más se presenta se relaciona con la acción inmune del cuerpo, puesto que los linfocitos T (llamados así por poseer un receptor “TCR”) son capaces de detectar antígenos extraños al cuerpo (por acción del complejo “CMH”) marcándolos de modo que los linfocitos B pueden generar los anticuerpos necesarios para neutralizarlos.

Ahora, ¿cómo llevar a la realidad un milagro de la naturaleza, a tan pequeña escala? La respuesta tiene que ver con las ciencias naturales en combinación con principios de ingeniería; la detección de una respuesta biológica se relaciona con cascadas de señales moleculares (como las respuestas inmunes) y se basa en la relación antígeno (molécula ajena o tóxica al cuerpo) y anticuerpo (glicoproteínas marcadoras que se pegan a moléculas ajenas al cuerpo); esta reacción es cuantificable por los efectos físico-químicos que produce.

Al tener efectos físico-químicos, implícitamente se consiguen otros de tipo eléctrico (respuesta análoga), los cuales se pueden interpretar (respuesta digital) y por ende manejar a través de un conversor análogo/digital (transductor). Con la señal digitalizada, los procesos de análisis de la información pueden permitir conocer el evento a nivel molecular y lograr que sea observable en la realidad; los biosensores permiten esta interacción entre dos realidades a escalas diferentes.

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Esquema funcional de los biosensores. Fuente: Cortesía del autor

El glucómetro es el mejor ejemplo de un biosensor aplicado a situaciones reales dentro de una comunidad; este mide los niveles de glucosa en el cuerpo liberando señales eléctricas adquiridas por un electrodo que transduce la señal hacia un sistema embebido para mostrar un número digitalizado. Hay que aclarar que no todas las señales se transducen de manera digital, los papeles tornasol que cambian de color en presencia de glucosa también pueden considerarse biosensores.

El desarrollo de métodos de química analítica ha permitido que la medición de diferentes magnitudes pueda generar una variada gama de posibilidades de construcción de biosensores. Métodos como los electrodos polarográficos tipo Clark (que miden potenciales de sustancias que reaccionan en una mezcla química), los sensores piezoeléctricos (que detectan potenciales de acuerdo con la deformación mecánica), los sensores ópticos (que localizan potenciales según la transmitancia de haces de luz en determinada sustancia) y térmicos (determinan potenciales de acuerdo con el cambio en fuentes de calor) se conviertan en herramientas para desarrollar aplicaciones en ingeniería biomédica.

El mundo a traviesa grandes desafíos en salud publica, riesgos latentes de enfermedades infectocontagiosas como el zika, tuberculosis, fiebre amarilla, chikungunya o el ébolam, requieren de un tipo de diagnostico rápido, sensible y costo efectivo; las ciencias naturales y la ingeniería proponen mediante tecnologías novedosas formas de afrontar con rigor científico este tipo de desafíos. “Lab on a chip” es el medio científico de consulta más reconocido hasta la fecha, acerca de novedades sobre el desarrollo de bio marcadores. En este sentido, la microfluídica se convierte en una herramienta importante para enfrentar los nuevos desafíos epidemiológicos sobretodo en áreas rurales donde la implementación de tecnologías es muy complicada.  En Colombia, instituciones como la Universidad Nacional, la Universidad de Antioquia, la Universidad de los Andes, la Universidad CES, el Instituto Colombiano de Medicina Tropical y la Escuela de Ingeniería de Antioquia, son las que en la actualidad adelantan investigaciones y proyectos en la materia.

Otros enlaces de interés:

http://www.me.jhu.edu/thwang/index.htm
http://pathways.lshtm.ac.uk/