Un instrumento portátil basado en un sensor a nanoescala ultrasensible podría usarse para detectar bacterias en minutos, ayudando así a atrapar las enfermedades infecciosas con antelación y prevenir su expansión. Este aparato, simple y de bajo coste, debería estar disponible de aquí a tres años, según afirma Benjamin Miller, profesor de dermatología e ingeniería biomédica del Centro Médico de la Universidad de Rochester, y codesarrollador del sensor.

Hoy día, el diagnóstico de las infecciones bacteriales comunes requiere llevar a cabo cultivos en laboratorio durante un periodo de días, aunque el diagnóstico se podría ver enormemente acelerado por una serie de nuevos sensores basados en varios nanomateriales que están siendo desarrollados para la detección de ADN rápida y ultrasensible. En nuevo instrumento tardaría entre 15 minutos y dos horas para hacer un diagnóstico y se podría utilizar en los despachos de los doctores, en los hospitales y en el propio hogar.

Cada sensor es una cadena de ADN con forma de horquilla para el pelo, complementaria a la secuencia genética que se tenga como objetivo y fijada sobre una película de oro. El oro anula al brillo de una molécula fluorescente colocada en uno de los extremos del ADN. El ADN permanece doblado hasta que la secuencia genética que se tiene como objetivo se vincula a él. El desdoble provoca que la molécula fluorescente se aleje de la película de oro y brille, lo cual se puede observar a través de un microcopio fluorescente.

Lighthouse Biosciences en West Henrietta, Nueva York, está comercializando cartuchos desechables para su uso con la tecnología de nanosensores. Para hacer pruebas con una muestra de orina o de sangre habría que colocar dicha muestra directamente sobre el cartucho. El cartucho será un chip-laboratorio que incluirá vías rápidas y miniaturizadas para preparar la muestra antes de que comience el test. “Dentro del cartucho existen unos pasos para limpiar las muestras, es decir, extraer el material que te interesa y amplificar el ADN de la bacteria,” afirma Miller. Después el cartucho se coloca en un instrumento pequeño y portátil que lleva a cabo la imagen fluorescente y el análisis. Cada cartucho debería costar unos cuantos dólares, afirma Miller.

Al unir varias tiras de ADN distintas sobre la película de oro, el mismo cartucho podría servir para detectar múltiples patógenos, afirma Miller. Hasta ahora, los investigadores han construido un sensor para detectar bacterias de estafilococo resistentes a los antibióticos y que puedan provocar infecciones en la piel. En la actualidad están trabajando en la detección de bacterias responsables de las infecciones comunes en la vía urinaria. Los sensores también se podrían usar para encontrar rápidamente las bacterias en los alimentos o los agentes de bioterrorismo en el suministro de agua, incluso para detectar enfermedades genéticas o cáncer.

En lo que es una nueva versión del sensor, Miller y sus colegas añaden tiras de ADN en nanopartículas de plata. Las nanopartículas de plata hacen que la señal fluorescente sea 10 veces más brillante. Además, puesto que las finas capas de nanopartículas de plata son transparentes, el sensor podría usarse para cubrir cristal o fibras ópticas y así crear nuevos tipos de instrumentos de detección, afirma Miller.

En los otros nanosensores utilizados para la detección ultrasensible y rápida de ADN, los investigadores están utilizando nanotubos, nanocables y nanopartículas de carbono. Todos estos métodos prometen una alta precisión, portabilidad y bajo coste. “Si pudieras construir un aparato portátil que pudieses dejar en el despacho de la consulta del doctor, entonces, y utilizando sólo una pequeña cantidad de fluido, tu doctor sería capaz de hacerte un análisis para detectar anomalías genéticas,” afirma Michael Strano, profesor de ingeniería química en MIT y que ha fabricado sensores de nanotubos capaces de detectar el ADN eléctricamente.

Nanosphere en Northbrook, Illinois, dedicada a la fabricación de un nanosensor de ADN basado una investigación llevada a cabo por el profesor de química de la Universidad de Northwestern Chad Mirkin, está más avanzado en el juego. La Administración de Alimentos y Fármacos ya ha aprobado los sensores de la compañía para ciertas enfermedades genéticas e infecciosas, y existen versiones adicionales a la espera de aprobación o en fase de pruebas clínicas.

El sensor de Nanosphere es una micromatriz (microarray) con unas capas de tiras de ADN complementarias al ADN que se tiene como objetivo e incorporada dentro de un cartucho de pruebas. Se introducen unas nanopartículas de oro, que también tienen una capa del ADN complementario, seguidas por el ADN que se tiene como objetivo, y que se une tanto a la micromatriz como a una nanopartícula. Después la nanopartícula se cubre con plata para amplificar la luz que emite la partícula; la luz es capturada utilizando un sensor de cámara digital. Este método de detección es 100.000 veces más sensible que la detección de fluorescencia, afirma William Moffitt, director general de Nanosphere.

Miller señala que la tecnología de Nanosphere es fantástica. Sin embargo, añade, el test de diagnóstico de Lighthouse Biosciences es más simple y requiere menos pasos.