El nuevo biosensor tiene el potencial para diagnosticar múltiples enfermedades
El nuevo biosensor tiene el potencial para diagnosticar múltiples enfermedades - MIT
TECNOLOGÍA

Diseñado un biosensor ‘ingerible’ capaz de diagnosticar múltiples enfermedades

El dispositivo incluye una bacteria sintética que emite luz en presencia de biomarcadores de enfermedad y un fototransistor para transmitir la respuesta del microorganismo a un teléfono móvil

MADRIDActualizado:

investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge (EE.UU.) han diseñado un chip con una bacteria modificada por ingeniería genética para, tras su deglución y tránsito por el tracto gastrointestinal, detectar la presencia de biomarcadores que alerten del desarrollo de distintas enfermedades.

Como explica Timothy Lu, co-autor de esta investigación publicada en la revista «Science», «al combinar sensores diseñados por bioingeniería con dispositivos inalámbricos de baja potencia, podemos detectar señales biológicas en el organismo en tiempo real, posibilitando así nuevas vías de diagnóstico para su empleo en el campo de la salud humana».

En los últimos años se han diseñado distintos ‘parches’ y ‘prendas inteligentes’ –entre otras, muñequeras y cintas para el pelo– capaces de monitorizar nuestros niveles de distintos metabolitos y electrolitos en el sudor y, así, determinar en tiempo real cuál es nuestro estado de salud. Unos dispositivos, por tanto, que actúan como pequeños laboratorios diagnósticos y que podrían resultar muy útiles para la detección de múltiples enfermedades. Pero aún hay más. Junto a estos implantes externos se han desarrollado otros dispositivos que, una vez ingeridos, son igualmente capaces de medir distintos parámetros en el interior de nuestro organismo. Es el caso de la cápsula llamada a revolucionar el diagnóstico de los trastornos gastrointestinales. Y ahora, los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge (EE.UU.) han ido un paso más allá.

Diagnóstico luminiscente

Los expertos en Biología Sintética, esto es, en la síntesis de biomoléculas o de sistemas biológicos que no encuentran en la Naturaleza, ya lograron durante la pasada década la creación de bacterias ‘sintéticas’ capaces de responder a distintos estímulos, caso por ejemplo de algunos contaminantes ambientales y de marcadores de diversas enfermedades. Así, lo que hacían estas bacterias era generar una señal visible –caso de la emisión de luz– en respuesta a este estímulo, alertando así de la presencia de un posible problema de salud. Pero había un problema. La detección de la ‘respuesta bacteriana’ requería de un equipamiento muy complejo, por lo que su empleo en la práctica clínica resultaba inviable. Menos aún si lo que se pretendía era medir las respuestas en el interior del cuerpo del potencial paciente, caso de su tracto gastrointestinal.

Entonces, ¿cuál podría ser la solución? Pues según los autores del nuevo estudio, anclar la bacteria a un chip electrónico que pudiera convertir la respuesta del microorganismo en una señal inalámbrica. Como refiere Phillip Nadeau, co-director de la investigación, «nuestra idea era empaquetar las células de la bacteria en un dispositivo. Así, la bacteria se vería atrapada y continuaría el viaje cuando el dispositivo atravesara el estómago». Por tanto, ya no se correría el riesgo de que el biosensor –esto es, la bacteria– fuera digerida por los ácidos estomacales.

La combinación de biosensores con dispositivos inalámbricos de baja potencia permite la detección de señales biológicas en el organismo en tiempo real

El objetivo del nuevo estudio fue evaluar si el nuevo dispositivo era capaz de detectar la presencia de hemorragias en el tracto gastrointestinal. Y para ello, los autores diseñaron una cepa de ‘Escherichia coli’ que emitiera luz en presencia del grupo hemo –básicamente, el ion de hierro que forma parte de la hemoglobina– y la anclaron a un chip al que añadieron un ‘fototransistor’ capaz de medir la emisión de luz y transmitir el resultado a un ordenador o un teléfono móvil. El resultado es un dispositivo cilíndrico con una longitud inferior a los 4 centímetros y que incluye una batería de 2,7 voltios, lo que posibilita que pueda funcionar de forma continuada durante más de un mes y medio.

La pregunta entonces es: ¿funciona? Pues para averiguarlo, los autores emplearon un modelo animal –cerdos– al que obligaron a ingerir el ‘cilindro’. ¿Y qué pasó? Pues que el dispositivo fue muy eficaz a la hora de determinar la cantidad de sangre presente en el estómago. O lo que es lo mismo, a la hora de detectar la presencia de úlceras gástricas en los animales. Todo ello sin tener que recurrir a las ‘molestas’ gastroscopias que actualmente se requieren para el diagnóstico de estas úlceras en los humanos.

Más allá de la sangre

Pero aún hay más. Los autores también han creado bacterias ‘luminiscentes’ para la detección de otras dos moléculas o ‘biomarcadores’: iones tiosulfato, muy útiles para el diagnóstico y seguimiento de distintas enfermedades inflamatorias, caso de la enfermedad de Crohn; y una molécula que, denominada AHL’, es liberada por las bacterias y que puede servir como marcador de multitud de infecciones gastrointestinales –cada especie bacteriana produce una versión ligeramente diferente de esta AHL.

Como refiere Mark Mimee, co-director de la investigación, «la mayoría del trabajo llevado a cabo en nuestro estudio tenía que ver con la sangre, pero uno puede diseñar una bacteria capaz de detectar cualquier molécula y de responder emitiendo luz. Así, y tras crear una bacteria capaz de detectar una molécula relacionada con una enfermedad, tan solo habría que colocarla en uno de los compartimentos del chip. Y ya tendríamos un dispositivo totalmente funcional».

Como concluye Phillip Nadeau, «ahora contamos con cuatro compartimentos de detección, pero si pudiéramos ampliarlos a 16 o 256, entonces podríamos disponer distintos tipos de células de la bacteria y leer los resultados en paralelo, logrando así un cribado de mayor rendimiento».

¿Para cuándo en clínica?

Nadeau explica que de momeento se trata de un prototipo, de 10 por 30 milímetros, pero para llegar a la clínica considera que habría que hacerlo más pequeño. Y la idea sería tragarla y que pasar por el tracto gastrointestinal y posteriormente, expulsarla.