Es posible que en el futuro no sea necesario esperar las radiografías de tórax o los resultados de laboratorio para diagnosticar la neumonía y otras enfermedades relacionadas con los pulmones. Los investigadores han desarrollado un prototipo de sensor portátil que tiene el potencial de detectar tales condiciones en la respiración de una persona.
Está diseñado para funcionar analizando las nanopartículas que un paciente inhala primero. Cuando esas nanopartículas se exhalan, llevan biomarcadores adjuntos que pueden revelar evidencia de enfermedad en lo profundo del cuerpo.
El prototipo fue desarrollado por un equipo del MIT y se llama PlasmoSniff.
Aún no se ha probado en humanos, sólo en ratones, lo que significa que se necesita más trabajo para prepararlo para el consultorio médico. Dicho esto, el equipo de investigación tiene esperanzas sobre su idea.
Con más pruebas, creen que el sensor podría ser un activo rápido y conveniente en clínicas o incluso en el hogar, sin necesidad de dispositivos electrónicos de laboratorio que normalmente solo se encuentran en los hospitales.
“En la práctica, imaginamos que un paciente inhalaría nanopartículas y, en unos 10 minutos, exhalaría un biomarcador sintético que informa sobre el estado de los pulmones”, dice el ingeniero mecánico Aditya Garg.
“Nuestra nueva tecnología PlasmoSniff permitiría la detección de estos biomarcadores exhalados en cuestión de minutos en el punto de atención”.
Las nanopartículas que detecta el sensor llevan varios años en desarrollo. Los biomarcadores o etiquetas químicas que los acompañan se desprenden cuando entran en contacto con enzimas proteasas específicas (pequeños fragmentos de proteínas) exclusivas de determinadas enfermedades.
Esto les da a los investigadores una señal a la que deben prestar atención, pero estos biomarcadores sólo se exhalan en cantidades muy pequeñas. Para detectar esos rastros sutiles, este nuevo sistema utiliza un enfoque llamado plasmónico (el estudio y manipulación de la luz), de donde proviene el nombre PlasmoSniff.
Específicamente, el sensor se basa en una técnica conocida como espectroscopia Raman, donde se utiliza luz para medir las vibraciones de una molécula. Estas vibraciones actúan como firmas del movimiento de átomos dentro de enlaces químicos y pueden usarse para identificar moléculas.
El propio sensor utiliza nanopartículas de oro suspendidas sobre una fina película de oro; el oro es un metal ideal para los plasmónicos. Los espacios microscópicos recubiertos de agua dentro del sensor atrapan los biomarcadores objetivo y amplifican sus vibraciones lo suficiente como para ser detectados.
El aliento humano está lleno de compuestos orgánicos volátiles (COV), que indican todo, desde el estado de nuestro microbioma intestinal hasta la eficiencia con la que se ejecutan los procesos metabólicos del cuerpo, pero este sensor recientemente diseñado selecciona solo una pequeña fracción de los químicos exhalados.
“Se trata de un problema de aguja en un pajar”, afirma el ingeniero mecánico Loza Tadesse.
“Nuestro método detecta la aguja que, de otro modo, quedaría incrustada en el ruido”.
Los investigadores se encuentran por ahora en la etapa de prototipo: utilizaron ratones en lugar de personas para probar el sensor y solo escanearon en busca de un biomarcador específico.
Las pruebas con el aliento humano serán más complicadas y los investigadores también necesitan desarrollar un accesorio similar a una máscara que pueda usarse para analizar el aliento de un paciente durante un período de aproximadamente cinco minutos.
Esto se combinaría con un dispositivo similar a un inhalador para el asma para respirar las nanopartículas. En individuos sanos, estas nanopartículas simplemente circularían fuera del cuerpo sin ser descompuestas por la enfermedad.
Si el desarrollo y la ampliación tienen éxito en los próximos años, este podría ser un nuevo método importante para monitorear y detectar enfermedades, uno que, según los investigadores, puede adaptarse para una amplia variedad de propósitos, no solo para detectar problemas respiratorios como la neumonía.
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PlasmoSniff incluso podría tener usos fuera de la salud humana, en cualquier situación en la que sea necesario detectar pequeños rastros de sustancias químicas en el aire con un sensor portátil.
“No se limita sólo a estos biomarcadores o incluso a aplicaciones de diagnóstico”, dice Tadesse.
“También puede detectar productos químicos industriales o contaminantes en el aire. Si una molécula puede formar enlaces de hidrógeno con el agua, podemos usar su huella vibratoria para detectarla. Es una plataforma bastante universal”.
La investigación ha sido publicada en Nano Letters.