Cómo detectar enfermedades con solo una molécula

Los sensores basados en nanoporos podrían revolucionar los diagnósticos de la medicina personalizada, según una nueva investigación.

Científicos de la Universidad de California en Riverside (UCR), en Estados Unidos, han desarrollado una innovadora herramienta basada en nanoporos que podría revolucionar el diagnóstico médico, haciéndolo más rápido y preciso.

Esta tecnología permite detectar señales eléctricas generadas por moléculas individuales, una sensibilidad sin precedentes que supera las limitaciones de las pruebas actuales.

El reto para los investigadores radica en que las moléculas diana, como fragmentos de ADN y proteínas, tienen dimensiones diminutas, aproximadamente una milmillonésima parte de un metro.

Estas emiten señales eléctricas extremadamente débiles, lo que requiere detectores avanzados para captar su presencia.

Sin embargo, el equipo liderado por Kevin Freedman, profesor de Bioingeniería en la UCR, ha demostrado que es posible obtener información valiosa de una sola molécula.

«Actualmente, se necesitan millones de moléculas para detectar enfermedades,  explica Freedman.

Y añade:

Nuestro trabajo muestra que podemos hacerlo con una sola. Este nivel de sensibilidad podría marcar una diferencia real en el diagnóstico».

El laboratorio de Freedman busca emular el comportamiento neuronal mediante sensores electrónicos capaces de recordar las moléculas que atraviesan su sistema.

El corazón de esta tecnología es un nanoporo, una diminuta abertura a través de la cual las moléculas pasan de una en una.

Al interactuar con el flujo de iones de una solución salina en el circuito, estas moléculas generan señales eléctricas específicas.

«Medimos la reducción en el flujo de iones causada por una proteína o un fragmento de ADN al atravesar el poro, detalla Freedman.

Y continúa:

Este enfoque permite identificar moléculas individuales, incluso cuando algunas no se detectan debido al azar, algo que el sistema también tiene en cuenta».

Una de las principales ventajas de esta tecnología es su capacidad para detectar infecciones en etapas iniciales, antes de la aparición de síntomas.

«Los nanoporos ofrecen una herramienta que podría hacer el diagnóstico precoz más práctico, tanto para infecciones virales como para enfermedades crónicas», asegura Freedman.

Esto sería particularmente relevante para enfermedades de rápida propagación, ya que podría permitir tratamientos dentro de las primeras 24 o a 48 horas tras la exposición, mucho antes que las pruebas convencionales.

Además, el dispositivo tiene el potencial de transformar la investigación proteica.

Así es, las proteínas desempeñan roles esenciales en las células, y los cambios más sutiles en su estructura pueden ser indicativos de enfermedad.

Las herramientas actuales tienen dificultades para diferenciar entre proteínas sanas y patológicas debido a sus similitudes.

Sin embargo, el dispositivo de nanoporos puede identificar estas diferencias, lo que podría allanar el camino hacia tratamientos más personalizados.

El trabajo de Freedman también da un paso adelante en un objetivo largamente perseguido por la biomedicina: la secuenciación de proteínas a nivel de molécula única.

A diferencia de la secuenciación del ADN, que proporciona las instrucciones genéticas, la proteica ofrece información sobre cómo estas instrucciones se expresan y modifican en tiempo real.

«Esto nos da una visión más profunda que podría conducir a diagnósticos más tempranos y terapias adaptadas a cada paciente», apunta Freedman.

Una característica distintiva de este sensor es su capacidad para filtrar el ruido de fondo de forma interna, eliminando señales no deseadas sin perder información valiosa, algo que los métodos tradicionales no pueden garantizar. Esto aumenta significativamente la precisión en los diagnósticos.

Freedman imagina un futuro donde esta tecnología esté al alcance de todos.

Su equipo trabaja en el desarrollo de un dispositivo portátil, similar en tamaño a una memoria USB, que podría integrarse en kits de diagnóstico domésticos o clínicos.

Este avance no solo promete acelerar los diagnósticos, sino también abaratar costos y facilitar el acceso global a herramientas avanzadas de detección.

“«Estamos convencidos de que los nanoporos se convertirán en parte de la vida diaria, dice Freedman.

Y concluye,… Este descubrimiento podría cambiar para siempre cómo entendemos y tratamos las enfermedades».

Fuente: Nature nanotechnology