Diabetes: un biochip medirá la glucosa por saliva humana

Rearchers de Universidad de Brown han desarrollado un nuevo sensor de biochip que puede medir selectivamente las concentraciones de glucosa en una solución compleja similar a saliva humana. El avance es un paso importante hacia un dispositivo eso permitiría a las personas con diabetes para probar sus niveles de glucosa sin extraer sangre.

El nuevo chip hace uso de una serie de reacciones químicas combinado con interferometría plasmónica, un medio para detectar la firma química de compuestos usando luz. El dispositivo es lo suficientemente sensible como para detectar diferencias en las concentraciones de glucosa que ascienden a solo unos pocos miles de moléculas en el volumen muestreado.

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"Hemos demostrado la sensibilidad necesaria para medir las concentraciones de glucosa típicas en la saliva, que generalmente son 100 veces más bajas que en la sangre", dijo Domenico Pacifici, profesor asistente de ingeniería en Brown, quien dirigió la investigación. "Ahora podemos hacer esto con una especificidad extremadamente alta, lo que significa que podemos diferenciar la glucosa de los componentes de fondo de la saliva". La nueva investigación se describe en el artículo de portada de la edición de junio de la revista Nanophotonics. El biochip está hecho de una pieza de cuarzo de una pulgada cuadrada recubierta con una fina capa de plata. En la plata hay grabados miles de interferómetros a nanoescala, pequeñas ranuras con una ranura a cada lado. Las ranuras miden nanómetros 200 de ancho y la ranura tiene nanómetros 100 de ancho, aproximadamente 1,000 veces más delgada que un cabello humano. Cuando se ilumina la luz en el chip, las ranuras provocan que una onda de electrones libres en la plata, un polaritón de plasmón superficial, se propague hacia la ranura. Esas ondas interfieren con la luz que pasa a través de la ranura. Los detectores sensibles luego miden los patrones de interferencia generados por las ranuras y ranuras.
Cuando se deposita un líquido en el chip, la luz y las ondas de plasmón de la superficie se propagan a través de ese líquido antes de que interfieran entre sí. Eso altera los patrones de interferencia detectados por los detectores, dependiendo de la composición química del líquido. Al ajustar la distancia entre las ranuras y la ranura central, los interferómetros pueden calibrarse para detectar la firma de compuestos o moléculas específicos, con alta sensibilidad en volúmenes de muestra extremadamente pequeños. En un artículo publicado en 2012, el equipo de Brown demostró que los interferómetros en un biochip podrían usarse para detectar glucosa en el agua. Sin embargo, la detección selectiva de glucosa en una solución compleja como la saliva humana era otra cuestión.

"La saliva es aproximadamente 99 por ciento de agua, pero es el 1 por ciento que no es agua lo que presenta problemas", dijo Pacifici. “Hay enzimas, sales y otros componentes que pueden afectar la respuesta del sensor. Con este documento resolvimos el problema de la especificidad de nuestro esquema de detección ”.
Lo hicieron usando la química del tinte para crear un marcador rastreable de glucosa. Los investigadores agregaron canales microfluídicos al chip para introducir dos enzimas que reaccionan con la glucosa de una manera muy específica. La primera enzima, la glucosa oxidasa, reacciona con la glucosa para formar una molécula de peróxido de hidrógeno. Esta molécula reacciona con la segunda enzima, la peroxidasa de rábano picante, para generar una molécula llamada resorufina, que puede absorber y emitir luz roja, coloreando así la solución. Los investigadores podrían ajustar los interferómetros para buscar las moléculas de resorufina roja.
"La reacción ocurre de manera individual: una molécula de glucosa genera una molécula de resorufina", dijo Pacifici. "Por lo tanto, podemos contar la cantidad de moléculas de resorufina en la solución e inferir la cantidad de moléculas de glucosa que originalmente estaban presentes en la solución".
El equipo probó su combinación de química de colorantes e interferometría plasmónica buscando glucosa en saliva artificial, una mezcla de agua, sales y enzimas que se asemeja a la saliva humana real. Descubrieron que podían detectar la reabsorción en tiempo real con gran precisión y especificidad. Pudieron detectar cambios en la concentración de glucosa de 0.1 micromoles por litro, 10 veces la sensibilidad que se puede lograr solo con interferómetros.
El siguiente paso en el trabajo, dice Pacifici, es comenzar a probar el método en saliva humana real. En última instancia, los investigadores esperan poder desarrollar un dispositivo pequeño y autónomo que pueda proporcionar a los diabéticos una forma no invasiva de controlar sus niveles de glucosa.
También hay otras aplicaciones potenciales.
"Ahora estamos calibrando este dispositivo para la insulina", dijo Pacifici, "pero en principio podríamos modificar adecuadamente este sensor de 'cubeta plasmónica' para detectar cualquier molécula de interés".
Podría usarse para detectar toxinas en el aire o el agua o en el laboratorio para monitorear las reacciones químicas a medida que ocurren en la superficie del sensor en tiempo real, dijo Pacifici.

Un interferómetro plasmónico puede detectar moléculas de glucosa en el agua. La detección de glucosa en un fluido complejo es más difícil. El control de la distancia entre los surcos y el uso de la química del tinte en las moléculas de glucosa permite a los investigadores medir los niveles de glucosa a pesar del porcentaje 1 de saliva que no es agua.

http://www.brown.edu/

Crédito: Imagen cortesía de la Universidad Brown.

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