Un equipo de la Universidad de Shenzhen, en China, desarrolló un sensor óptico que permite identificar concentraciones extremadamente bajas de biomarcadores de cancer en sangre.
El avance fue publicado en la revista ‘Optica’ y plantea la posibilidad de detectar de forma temprana enfermedades como el cáncer de pulmón mediante un análisis sanguíneo basado en generación de segundos armónicos (SHG) y edición genética CRISPR.
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Los biomarcadores, entre ellos proteínas, fragmentos de ADN y otras moléculas.permiten identificar la presencia, evolución o riesgo de distintas enfermedades. Sin embargo, en etapas iniciales su concentración es muy baja, lo que dificulta su detección con los métodos convencionales.
«Nuestro sensor combina nanoestructuras de ADN con puntos cuánticos y tecnología de edición genética CRISPR para detectar señales débiles de biomarcadores mediante un enfoque basado en la luz, conocido como generación de segundos armónicos (SHG)”, subraya el líder del equipo de investigación, Han Zhang, de la Universidad de Shenzhen.
«Si tiene éxito, este enfoque podría simplificar los tratamientos de enfermedades, mejorar potencialmente las tasas de supervivencia y reducir los costos generales de atención médica», añade.
Detecta cáncer de pulmón en sangre en niveles subatmolares. Foto:iStock
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Resultados en muestras de pacientes y funcionamiento del sistema.
En el estudio, los investigadores demostraron que el sensor identifica biomarcadores de cáncer de pulmón en muestras clínicas en niveles subatmolares, generando una señal detectable incluso cuando la cantidad de moléculas es reducida. El sistema fue diseñado como una plataforma programable, con potencial para reconocer virus, bacterias, toxinas ambientales y marcadores vinculados a enfermedades como el Alzheimer.
«Para el diagnóstico temprano, este método promete permitir análisis de sangre sencillos para detectar cáncer de pulmón antes de que el tumor sea visible en una tomografía computarizada», comenta Zhang.
El investigador también señaló que el dispositivo podría utilizarse para el seguimiento frecuente de biomarcadores, permitiendo evaluar la respuesta a tratamientos farmacológicos sin depender exclusivamente de estudios por imágenes realizadas con meses de diferencia.
Combina ADN, puntos cuánticos y edición genética CRISPR-Cas. Foto:iStock
La detección tradicional de biomarcadores suele requerir procesos de amplificación molecular que incrementan el tiempo y el costo de los análisis. El nuevo método propone una detección directa que evita etapas complejas de amplificación.
El sistema se basa en la generación de segundos armónicos (SHG), un fenómeno óptico no lineal en el que la luz incidente se transforma en otra con la mitad de la longitud de onda. Este proceso ocurre sobre la superficie del disulfuro de molibdeno (MoS2), un material semiconductor bidimensional.
Para el ensamblaje, el equipo utilizó tetraedros de ADN (nanoestructuras autoensambladas con forma piramidal) que fijan puntos cuánticos a distancias específicas de la superficie de MoS2. Estos puntos refuerzan el campo óptico local y aumentan la señal SHG.
Fue probado con miR-21 en suero de pacientes reales. Foto:iStock
Posteriormente, incorporaron el sistema CRISPR-Cas. Cuando la proteína Cas12a reconoce el biomarcador objetivo, corta el ADN que sostiene los puntos cuánticos, lo que reduce de forma medible la señal SHG. Dado que este tipo de señal presenta bajo ruido de fondo, el dispositivo puede identificar concentraciones mínimas.
«En lugar de considerar el ADN únicamente como una sustancia biológica, lo utilizamos como bloques programables, lo que nos permite ensamblar los componentes de nuestro sensor con precisión nanométrica», apunta Zhang. «Al combinar la detección óptica no lineal, que minimiza eficazmente el ruido de fondo, con un diseño sin amplificación, nuestro método ofrece un equilibrio excepcional entre velocidad y precisión».
El equipo evaluó el sensor con miR-21un microARN asociado al cáncer de pulmón. Tras confirmar su funcionamiento en una solución tampón, lo aplicaron en muestras de suero humano de pacientes, con el objetivo de simular un análisis clínico.
«El sensor funcionó excepcionalmente bien, demostrando que la integración de la óptica, los nanomateriales y la biología puede ser una estrategia eficaz para optimizar un dispositivo. El sensor también fue muy específico: ignoró otras cadenas de ARN similares y detectó únicamente el objetivo del cáncer de pulmón», detalla Zhang.
Como próximos pasos, el grupo de investigación prevé avanzar en la miniaturización del sistema óptico con el fin de desarrollar un dispositivo portátil que pueda emplearse en hospitales, clínicas o entornos con recursos limitados.
Prensa Europa
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*Este contenido fue reescrito con la asistencia de una inteligencia artificial, basado en la información publicada por Europa Press, y contó con la revisión de la periodista y un editor.
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