Los científicos prueban un prometedor biosensor destinado a ser utilizado en el cerebro
Crédito: Unsplash/CC0 Dominio público
Los científicos han probado con éxito en el laboratorio un pequeño biosensor que desarrollaron que puede detectar biomarcadores relacionados con lesiones cerebrales traumáticas.
En un estudio publicado recientemente en la revista Small, los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio afirman que su biosensor a prueba de agua incluye una «combinación de funciones sin precedentes» que puede permitirle detectar cambios en las concentraciones de varios químicos en el cuerpo y enviar los resultados a los investigadores en tiempo real.
El chip es flexible y más delgado que un cabello humano, lo que lo hace mínimamente invasivo para su uso en el cerebro.
«Tenemos un largo camino por recorrer desde nuestras pruebas en el laboratorio, pero estos hallazgos fueron muy alentadores», dijo el coautor del estudio Jinghua Li, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en el estado de Ohio.
Aunque un biosensor como el que desarrolló el equipo podría tener muchos usos potenciales, Li y sus coautores se enfocaron particularmente en este estudio en cómo el sensor podría usarse para monitorear pacientes con lesiones cerebrales traumáticas (TBI).
Después de tal lesión, el daño secundario puede ocurrir que puede ser detectado por cambios en los iones de sodio y potasio concentraciones en el líquido cefalorraquídeo del cerebro, dijo Li, quien es miembro del Programa de Lesiones Cerebrales Crónicas (CBI, por sus siglas en inglés) del estado de Ohio.
«Queremos un biosensor que pueda monitorear continuamente los tejidos cerebrales para detectar cambios en los iones concentraciones en el líquido cefalorraquídeo», dijo.
«Esos cambios surgen en el estado secundario de TBI como una señal de advertencia temprana del empeoramiento de la condición».
Los investigadores probaron el biosensor en una solución artificial que crearon para imitar el líquido cefalorraquídeo y descubrieron que podía detectar con precisión los cambios en los niveles de iones de potasio y sodio que son importantes en la TBI.
Además de las pruebas con el líquido cefalorraquídeo artificial, el El equipo también probó el biosensor en suero sanguíneo humano, en el que controlaron con éxito los niveles de pH.
¿Cómo funciona? El chip presenta componentes electrónicos (conocidos como transistores de efecto de campo) que, al detectar la sustancia química de interés, producen una señal eléctrica que puede detectarse y analizarse fuera del cuerpo.
Es importante destacar que los investigadores desarrollaron estándares de calibración que abordan lo que se llama el problema de «diafonía».
«Cuando creamos un sensor bioquímico, queremos asegurarnos de que el dispositivo solo responda a los productos químicos específicos que nos interesan e ignore la diafonía de otros biomarcadores», dijo Li. «Eso es difícil de hacer en un sistema complejo como nuestro cuerpo».
Mientras que un biosensor tiene que ser capaz de detectar cambios en los fluidos del cerebro, la electrónica en el chip debe estar protegida de estos mismos fluidos, dijo Li.
Una encapsulación a prueba de agua hecha de una película delgada de dióxido de silicio forjada a temperaturas superiores a 1,000 grados centígrados proporcionó una alta integridad estructural como materiales de barrera en un ambiente fluido, encontró el estudio.
¿Cuánto tiempo podría durar la encapsulación en un cuerpo humano? Los investigadores probaron el material de varias maneras, como colocándolo en fluidos calientes y en sustancias con diferentes niveles de pH.
Los hallazgos sugieren que la encapsulación a prueba de agua con un espesor de varios cientos de nanómetros podría durar al menos algunos años a la temperatura corporal y posiblemente mucho más, dijo Li.
El mayor problema en este momento es con los elementos de detección química, que según el estudio solo funcionarían durante unas pocas semanas.
Y hay otras cuestiones que deben resolverse antes de que el biosensor esté listo para ser probado en modelos animales y humanos, dijo Li. La respuesta de los biotejidos al sensor durante un período prolongado necesita más estudio. Todavía quedan problemas por resolver con la diafonía, considerando la complejidad del biosistema y preguntas sobre cómo producir sensores en masa, entre otros asuntos.
Pero este estudio proporciona más evidencia de que estos sensores tienen un futuro en el cuidado de la salud, dijo.
Li dijo que cree que los biosensores podrían usarse para analizar no solo iones y neurotransmisores, como en este estudio, sino también posiblemente péptidos, proteínas, ácidos de nucleótidos y otras sustancias químicas en el cuerpo . Podría ser un gran avance no solo para TBI, sino también para otras enfermedades crónicas como el Parkinson y la enfermedad de Alzheimer.
«Creemos que la captura y el análisis de datos de salud que podríamos lograr con biosensores son cruciales para rastrear condiciones de salud duraderas para la intervención temprana y el tratamiento de enfermedades», dijo.
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Sensores listos para revolucionar la robótica controlada por el cerebro Más información: Yan Dong et al, Materials and Interface Designs of Waterproof FieldEffect Transistor Arrays for Detection of Neurological Biomarkers, Small (2022) ). DOI: 10.1002/smll.202106866 Información de la revista: Pequeña
Proporcionada por la Universidad Estatal de Ohio Cita: Los científicos prueban un biosensor prometedor destinado a su uso en el cerebro (2022, febrero 3) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-scientists-biosensor-aimed-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.