Análisis de sangre innovador basado en luz infrarroja

Los paneles de sangre son tan individuales como las huellas dactilares. Los investigadores del equipo de attoworld en LMU y MPQ ahora han investigado qué tan estable es esta llamada huella digital molecular de la sangre a lo largo del tiempo. Crédito: Instituto Max Planck de Óptica Cuántica

La composición molecular de la sangre proporciona información sobre el estado de salud de una persona y puede compararse con una huella dactilar individual. En principio, los cambios en los constituyentes de la sangre pueden servir como signos tempranos de enfermedad. Sin embargo, antes de que las huellas dactilares químicas puedan utilizarse con fines de diagnóstico, debe establecerse firmemente la estabilidad de los patrones moleculares en personas sanas a lo largo del tiempo. Investigadores bajo la dirección de la Dra. Mihaela igman, Jefa del grupo de Diagnóstico Infrarrojo de Banda Ancha (BIRD) en el Departamento de Física Láser dirigido por el Prof. Ferenc Krausz en LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ), en colaboración con Prof. Dr. Nadia Harbeck en el Centro Médico LMU, ahora han logrado con éxito esta tarea. Con la ayuda de un método conocido como espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR), el equipo ha demostrado que la composición molecular de las muestras de sangre obtenidas de una cohorte de donantes sanos permanece estable durante un período de varios meses y ha confirmado que cada uno de los los espectros resultantes podrían asignarse claramente a una persona individual.

El diagnóstico rápido de enfermedades humanas es un problema de larga data en medicina. Dado que las enfermedades a menudo alteran la composición molecular de los fluidos corporales circulantes, obtener una instantánea de su composición molecular sería invaluable para detectar una multitud de estados de enfermedad, y los tipos y concentraciones de las muchas moléculas que se encuentran en el torrente sanguíneo pueden proporcionar información vital en un la salud de la persona Sin embargo, el verdadero desafío surge cuando se trata de determinar la composición exacta de los fluidos corporales, dado que las concentraciones de moléculas informativas suelen ser extremadamente bajas. El equipo interdisciplinario BIRD dirigido por la Dra. Mihaela igman en el departamento del Prof. Dr. Ferenc Krausz en LMU, en colaboración con la Prof. Dra. Nadia Harbeck en el Centro Médico LMU, ha investigado la estabilidad de la composición química de las muestras de sangre. durante días, semanas e incluso meses.

Basándose en mediciones infrarrojas por transformada de Fourier (FTIR), los investigadores analizaron las huellas dactilares moleculares de muestras de suero y plasma obtenidas de 31 individuos sanos durante un período clínicamente relevante de 6 meses. . El estudio demostró que la huella digital molecular infrarroja de cada donante individual se mantuvo estable durante períodos que iban desde unos pocos días hasta semanas y meses, y cada perfil temporal podía atribuirse fácilmente al participante en cuestión.

«Esto La estabilidad temporal recientemente revelada de las huellas dactilares infrarrojas basadas en la sangre proporciona una base para futuras aplicaciones de la espectroscopia infrarroja mínimamente invasiva como un método confiable para el futuro del control de la salud», dice Mihaela igman, líder del grupo de investigación.

La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier estándar, que utiliza fuentes de luz convencionales, pronto podría ser reemplazada por análisis químicos basados en láseres infrarrojos. Dada la intensidad mucho mayor de la luz láser, este último método debería ser más sensible y preciso y, por lo tanto, debería producir caracterizaciones más detalladas e informativas de los constituyentes moleculares de la sangre. Los físicos del equipo de attoworld, dirigido por el Prof. Ferenc Krausz, están trabajando ahora en las tecnologías láser necesarias para lograr este objetivo. La exposición a la luz infrarroja intensa hace que las moléculas vibren y emitan luz a frecuencias específicas, que dependen de las estructuras químicas de las moléculas dentro de la muestra. El análisis de los componentes del espectro resultante de oscilaciones electromagnéticas permite a los investigadores asignarlos a los muchos tipos de moléculas presentes en los fluidos corporales. Como el profesor Krausz y sus colegas informaron el año pasado, el nuevo método permite detectar espectroscópicamente cantidades minúsculas de diferentes clases de moléculas (Nature, 2 de enero de 2020).

«Con nuestros láseres, ya podemos detectar señales eléctricas emitidas por moléculas excitadas con una sensibilidad muy alta», explica Ferenc Krausz. «Estas mediciones precisas de las alteraciones en la composición molecular de los fluidos corporales, junto con el conocimiento de la huella digital molecular estable de los controles sanos, abren nuevas oportunidades analíticas en biología y medicina», dice Marinus Huber, autor principal del estudio. «Nuestros resultados revelan que es posible obtener huellas dactilares infrarrojas informativas basadas en sangre de manera eficiente, repetida y mínimamente invasiva. La clave, en este caso, es que el análisis debe ser lo suficientemente sensible y amplio para cubrir una amplia rango de posibles moléculas (o tipos de moléculas) – para estar en posición de monitorear la salud personal y detectar trastornos en una etapa temprana. En términos prácticos, el seguimiento regular del estado de salud de una persona puede ser fundamental para detectar desviaciones relevantes a tiempo. Además a sus usos en los campos de la vigilancia de la salud y la medicina preventiva, la biología de sistemas también se beneficiará de la disponibilidad del enfoque», añade Mihaela igman.

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Espectroscopia infrarroja resuelta en campo de sistemas biológicos Más información: Marinus Huber et al. La estabilidad de las huellas dactilares moleculares infrarrojas basadas en la sangre específicas de la persona abre perspectivas para el control de la salud, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21668-5

DOI: 10.1038/s41467-021-21668-5 Ioachim Pupeza et al. Espectroscopia infrarroja resuelta en campo de sistemas biológicos, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-019-1850-7 Información de la revista: Nature Communications , Nature