Científicos del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han logrado un avance significativo en el desarrollo de herramientas de diagnóstico que podrían revolucionar el acceso a la atención médica en todo el mundo. Se trata de sensores electroquímicos de bajo costo y de un solo uso recubiertos de ADN, que prometen una detección rápida y asequible de una amplia gama de enfermedades, desde el cáncer hasta enfermedades infecciosas como la gripe y el VIH. Esta innovación abre la puerta a diagnósticos que se pueden realizar directamente en el consultorio de un médico o incluso en la comodidad del propio hogar, eliminando la necesidad de equipos de laboratorio costosos y complejos.

Enfoque innovador para el diagnóstico: sensores de ADN y tecnología CRISPR

El núcleo de esta tecnología revolucionaria reside en el uso de un electrodo barato recubierto con cadenas específicas de ADN. Estos sensores electroquímicos utilizan una enzima de corte de ADN, que es una parte integral del sistema de edición de genes CRISPR. Cuando el sensor detecta una molécula objetivo, como un gen asociado al cáncer o una secuencia viral, se activa la enzima Cas12. Esta enzima, conocida por su capacidad para cortar el ADN de forma no específica, comienza a "cortar" las cadenas de ADN de la superficie del electrodo, de forma similar a una cortadora de césped que corta la hierba. Este cambio en la estructura del ADN en el electrodo da como resultado un cambio medible en la señal eléctrica, que es un claro indicador de la presencia de la molécula objetivo.

La profesora Ariel Furst, profesora asistente de ingeniería química en el MIT y autora principal del estudio, señala que el enfoque de su equipo está en los diagnósticos que actualmente tienen una disponibilidad limitada para muchas personas. "Nuestro objetivo es crear un sensor para su uso en el punto de atención. La gente no debería tener que usarlo solo en una clínica. También podrían usarlo en casa", explica Furst. Esta visión de un diagnóstico descentralizado es clave para mejorar la salud global, especialmente en regiones con recursos limitados donde los laboratorios tradicionales son escasos o inaccesibles.

Superando desafíos: estabilidad del ADN y recubrimiento de polímero

Una de las principales limitaciones de las tecnologías de sensores basadas en ADN anteriores era la inestabilidad del recubrimiento de ADN en el electrodo. El ADN se degrada rápidamente, lo que acortaba significativamente la vida útil del sensor y requería condiciones de almacenamiento estrictamente controladas, como la refrigeración. Esto limitó en gran medida su aplicación, especialmente en áreas remotas o climas más cálidos.

En un estudio reciente, publicado a finales de junio de este año en la revista ACS Sensors, los investigadores del MIT encontraron una solución elegante a este problema. Estabilizaron el ADN con un recubrimiento de un polímero llamado alcohol polivinílico (PVA). Este polímero, cuyo costo es inferior a un centavo por recubrimiento, actúa como una lona protectora que protege el ADN que se encuentra debajo. Después de aplicarse al electrodo, el polímero se seca y forma una fina película protectora.

La profesora Furst explica el mecanismo de protección: "Una vez que se seca, parece crear una barrera muy fuerte contra las principales cosas que pueden dañar el ADN, como las especies reactivas de oxígeno que pueden dañar el propio ADN o romper el enlace tiol con el oro y desprender el ADN del electrodo". Gracias a este innovador recubrimiento, los sensores ahora se pueden almacenar hasta por dos meses, incluso a altas temperaturas de hasta aproximadamente 65 grados Celsius (150 grados Fahrenheit). Después del almacenamiento, los sensores detectaron con éxito el gen PCA3, un marcador del cáncer de próstata que se utiliza a menudo en el diagnóstico de esta enfermedad.

Accesibilidad y amplia aplicación

El costo de fabricación de estos sensores basados en ADN es de solo unos 50 centavos, lo que los hace extremadamente asequibles. Este bajo costo, combinado con una vida útil prolongada y resistencia a las condiciones ambientales, abre el camino para la aplicación masiva en regiones con recursos limitados, donde los métodos de diagnóstico tradicionales suelen ser demasiado caros o logísticamente inviables. Imagine la posibilidad de realizar pruebas rápidas de VIH o VPH en zonas rurales de África o Asia, sin necesidad de una infraestructura compleja o una cadena de frío.

Los sensores electroquímicos funcionan midiendo los cambios en el flujo de corriente eléctrica cuando una molécula objetivo interactúa con una enzima. Esta es la misma tecnología que utilizan los glucómetros para detectar la concentración de glucosa en una muestra de sangre, lo que indica su fiabilidad y facilidad de uso. Los sensores desarrollados en el laboratorio de la profesora Furst consisten en ADN adherido a un electrodo de lámina de oro barato, que está laminado sobre una lámina de plástico. El ADN se une al electrodo mediante una molécula que contiene azufre, conocida como tiol.

En un estudio de 2021, el laboratorio de la profesora Furst demostró que estos sensores podían utilizarse para detectar el material genético del VIH y el virus del papiloma humano (VPH). Los sensores detectan sus objetivos utilizando una hebra de ARN guía, que puede diseñarse para unirse a casi cualquier secuencia de ADN o ARN. El ARN guía está asociado con la enzima Cas12, que escinde el ADN de forma no específica cuando se activa y pertenece a la misma familia de proteínas que la enzima Cas9 utilizada para la edición del genoma CRISPR.

Si el objetivo está presente, se une al ARN guía y activa Cas12, que luego corta el ADN adherido al electrodo. Esto cambia la corriente producida por el electrodo, que se puede medir con un potenciostato (la misma tecnología que se usa en los glucómetros portátiles). "Si Cas12 está encendido, es como una cortadora de césped que corta todo el ADN de su electrodo, y eso apaga su señal", explica Furst.

Aplicaciones potenciales y próximos pasos

Este tipo de prueba podría utilizarse con varios tipos de muestras, como orina, saliva o hisopos nasales, lo que amplía aún más su aplicabilidad. Los investigadores esperan utilizar este enfoque para desarrollar pruebas de diagnóstico más baratas para enfermedades infecciosas, como el VPH o el VIH, que podrían utilizarse en el consultorio de un médico o en casa. Además, este método también podría aplicarse para desarrollar pruebas para enfermedades infecciosas emergentes, lo cual es de suma importancia en el contexto de las pandemias mundiales.

El equipo de investigadores del laboratorio de la profesora Furst fue aceptado recientemente en delta v, una aceleradora de empresas estudiantiles del MIT, donde esperan lanzar una startup para seguir desarrollando esta tecnología. Ahora que pueden crear pruebas con una vida útil mucho más larga, planean comenzar a enviarlas a lugares donde puedan ser probadas con muestras de pacientes en condiciones del mundo real.

"Nuestro objetivo es seguir realizando pruebas con muestras de pacientes para diferentes enfermedades en entornos del mundo real", dice Furst. "Nuestra limitación antes era que teníamos que fabricar los sensores in situ, pero ahora que podemos protegerlos, podemos enviarlos. No tenemos que usar refrigeración. Esto nos permite acceder a entornos de prueba mucho más robustos o no ideales".

Esta investigación, financiada en parte por el Comité de Apoyo a la Investigación del MIT y la Beca MathWorks, representa un importante paso adelante en la democratización del diagnóstico. La capacidad de crear herramientas de diagnóstico baratas, estables y fácilmente transportables tiene el potencial de transformar la salud pública, permitiendo una detección más rápida de enfermedades, un seguimiento más eficaz de las epidemias y un mejor acceso a la atención médica para millones de personas en todo el mundo.

Fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts