Biosensor portátil detecta la inflamación oral a nivel molecular
Investigadores de Texas A&M University desarrollaron un biosensor adhesivo al tejido capaz de detectar biomarcadores de inflamación en la boca con precisión molecular. Al medir TNF-α a niveles ultrabajos, la tecnología podría permitir un diagnóstico temprano y transformar la salud oral de un enfoque reactivo a uno proactivo.
Los investigadores de Texas A&M University han diseñado un biosensor portátil, adhesivo al tejido, que detecta biomarcadores de inflamación en la boca con precisión molecular. En la actualidad, detectar la enfermedad de las encías requiere sentarse en el sillón del dentista y un examen visual, que a menudo identifica los problemas solo después de que el daño tisular ya ha comenzado.
Un profesor asociado de ingeniería civil y ambiental desarrolló y probó un sensor multicapa capaz de funcionar en el ambiente húmedo de la cavidad oral y permanecer adherido mientras se habla y se come. La capa de detección especializada del parche se dirige a la proteína tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), un biomarcador clave de la inflamación. La investigación se publicó en la revista Science Advances.
La capa sensora de graphene-MXene puede unir sondas específicas que se adhieren únicamente a la proteína diana. Esta capa posee conductividad intrínseca y, cuando se unen moléculas como la proteína objetivo, el cambio de carga puede medirse. Esto permite una detección de alta sensibilidad a nivel de femtogramo por mililitro (fg/mL).
El estudio indica detección con apenas 18.2 fg/mL. Para ponerlo en perspectiva, un cuatrillón de femtogramos—es decir, un 1 seguido de 15 ceros—equivale a solo 1 gramo. El sensor podría detectar de 100 a 150 por mililitro; como contexto, un paciente con una infección viral podría presentar síntomas con 10 millones o 1 mil millones de copias de virus por mililitro. Alcanzar esta sensibilidad puede ser difícil, especialmente si también se detectan biomarcadores no deseados. Sin embargo, las capas externas ayudan a mejorar la selectividad del parche.
El hidrogel adhesivo al tejido también incorpora una capa de hidrogel selectivo-permeable que ayuda a filtrar moléculas no deseadas. Un profesor asistente de ingeniería mecánica de Michigan State ayudó a desarrollar el hidrogel adhesivo al tejido y el hidrogel selectivo-permeable. La adhesión tisular robusta también contribuye a la precisión de la capa de detección.
Las mediciones del sensor pueden verse influenciadas de forma significativa por el movimiento dinámico de los tejidos. Un enlace tisular más robusto permite un rendimiento de detección más fiable e independiente de la deformación. La capa selectivamente permeable actúa como una malla reticular, permitiendo el paso solo de moléculas de cierto tamaño. Las interacciones químicas entre la capa y los biomarcadores también pueden contribuir a la selectividad.
Los investigadores evaluaron de manera sistemática algunas biomoléculas de tamaño similar. Debido a la interacción entre la biomolécula y la red polimérica circundante, se logra una selectividad mejorada que distingue el transporte de distintas biomoléculas. El trabajo futuro incluye estudiar estas diferentes interacciones para posiblemente diseñar hidrogeles específicos que interactúen con determinadas biomoléculas, con el fin de dirigirse a una variedad de biomarcadores.
Los investigadores probaron el parche no invasivo con la ayuda de un Regents' Professor del Departamento de Patogénesis Microbiana e Inmunología de la Facultad de Medicina de Texas A&M. En este caso, los investigadores optaron por cobayas porque son relativamente fáciles de manejar y comparten varias características similares a las de los humanos, particularmente en lo que respecta a la inflamación oral.
La proteína TNF-α es una citocina que casi siempre participa en la inflamación asociada con infecciones de tejidos blandos. El objetivo era ver si este tipo de sistema permitiría una detección rápida en el punto de atención. Un profesor asociado de odontología de la University of Michigan reconoció la importancia de detectar TNF-α en la cavidad oral y ofreció aportes valiosos sobre biomarcadores y enfermedades dentales.
Las infecciones orales pueden causar problemas de salud graves, como enfermedad de las encías y pérdida de dientes, y pueden volverse más severas si no se tratan. La capacidad de diagnosticar rápidamente infecciones antes de que aparezcan los síntomas podría cambiar la atención de la salud oral de respuestas reactivas a una acción anticipatoria.
Los animales de este estudio se utilizaron únicamente para demostrar que el concepto funciona. Los próximos pasos para este sistema serán futuros ensayos clínicos en animales—y, finalmente, en humanos. Los estudios futuros también podrían adaptar este tipo de biosensor a otras partes del cuerpo y a diferentes biomarcadores, dada la versatilidad de los materiales utilizados.