Biosensores para la deteccion del cáncer

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Índice

1.        Introducción        2

1.1.        Biosensores y nanotecnología        3

2.        Biosensor de grafeno para detección del cáncer de próstata        3

3.        Biosensor extremadamente sensible basado en metamateriales hiperbólicos.        6

4.        Nanobots, el futuro de la biomedicina        9

5.        BIBLIOGRAFÍA        11

1. Introducción

La detección temprana del cáncer es primordial para la obtención de una cura. En muchos casos, el cáncer es detectado después de la aparición de síntomas en el paciente o hasta que el tumor alcanza dimensiones suficientes para ser detectado en un escáner. Es necesario, por tanto, la mejora de la tecnología y de la precisión de los métodos de detección temprana de cáncer para aumentar las posibilidades de supervivencia y recuperación completa del paciente afectado por una de las enfermedades más frecuentes y letales del mundo moderno. En este contexto, los biosensores utilizados como herramienta de diagnóstico temprana del cáncer suponen una buena herramienta para combatir esta enfermedad. Estos dispositivos son diseñados para detectar biomarcadores emergentes de cáncer y determinar la efectividad de los fármacos una vez se inician los tratamientos. La tecnología de biosensores es capaz de permitir una detección rápida y precisa de las células cancerígenas, monitorizar la metástasis y probar la efectividad de los agentes anticancerígenos en tiempo real. En un futuro, una de las aplicaciones de los biosensores será el diseño e implantación en el cuerpo humano  mediante un chip para monitorizar signos vitales, detectar anomalías o realizar una petición de auxilio en caso de emergencia. Las aplicaciones de los biosensores pues, son muy amplias dentro del ámbito de la medicina.

Un biomarcador es el principal componente detectado por un biosensor y suele estar compuesto por una molécula biológica que se encuentra en la sangre u otros fluidos corporales o tejidos. Por lo tanto, un biosensor puede ser diseñado para detectar biomoléculas normales o anormales que indiquen una condición o enfermedad, además de poder utilizarse para observar cómo responde el organismo ante un tratamiento o cómo evoluciona una enfermedad. Existen numerosos biomarcadores, sin embargo nos centraremos en algunos de los biomarcadores empleados para la detección de enfermedades tumorales:

• Prostate-specific antigen (PSA) empleado en la detección del cáncer de próstata
• Cáncer Antigen 125 (CA 125) en el cáncer de ovarios, aunque también está vinculado a los cánceres de Útero, cuello uterino, páncreas, hígado, colon, mama, pulmón y tracto digestivo
• Cáncer Antigen 15-3 (CA 15-3) Asociado con el cáncer de mama
• Receptor-binding cáncer antigen expressed on SISo Cells (RCAS1) relacionado con la progresión del tumor gástrico, cáncer de mama, endometrio y cáncer de laringe y faringe

1. Biosensores y nanotecnología

El campo de la nanotecnología se encuentra bajo una gran expansión ya que actualmente disponemos de recursos y tecnologías suficientes para manufacturar elementos en longitudes de nanómetros. El desarrollo de biosensores se encuentra ligado a esta industria de materiales y el uso de nanoestructuras en biosensores está impulsando innovaciones focalizadas hacia la mejora en la diagnosis de enfermedades en etapas cada vez más tempranas y en el caso del cáncer, aumentando considerablemente las opciones de supervivencia de los pacientes. Estos nuevos biosensores son capaces de detectar los biomarcadores de cáncer amplificando las señales y haciéndolas más potentes y específicas gracias a relaciones superficie-volumen mucho mayores. Además de lograr dispositivos más pequeños, se reducen los costes y se obtienen detecciones de alto rendimiento. Gracias al aumento de la resolución en la detección es posible implementar nuevos y mejores métodos de pronóstico y una administración de fármacos en zonas tumorales donde antes no eran accesibles. Uno de los mejores ejemplos es el uso de nanotubos de carbono de una sola pared (SWCNT’s) que han mejorado mucho la capacidad de detección de los biosensores electroquímicos, proporcionando una mayor sensibilidad en las reacciones enzimáticas. Este tipo de nanotubos, ha mejorado la actividad hacia el peróxido de hidrógeno y el NADH y se han utilizado en biosensores basados en ácidos nucleicos e inmunosensores para biomarcadores de cáncer, con el fin de mejorar la detección y la transducción.

1. Biosensor de grafeno para detección del cáncer de próstata

El biosensor que se va describir tiene por finalidad detectar el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y el antígeno específico de próstata (PSA).

        Cabe aclarar los siguientes parámetros:

• Factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) es una proteína señal implicada en la vasculogénesis, que es el proceso de formación de los vasos sanguíneos a partir de diferentes precursores celulares. Este proceso da como resultado nuevos vasos sanguíneos resultantes  que "alimentan" los tumores en crecimiento con oxígeno y con nutrientes, lo cual permite que las células cancerosas invadan el tejido de su derredor formando nuevas colonias de células cancerosas, llamadas metástasis.

• El antígeno específico de próstata (PSA) es  una proteína implicada en la vasculogénesis y en la angiogénesis, que se relaciona con  el crecimiento y la diseminación del cáncer ya que las células tumorales pueden estimular a células sanas  cercanas para que produzcan moléculas de señalización de angiogénesis.        

        Así pues para la detención  del VEFG y del PSA como indicadores de cáncer de próstata  se ha desarrollado un biosensor que  usa un recubrimiento de óxido de grafeno / ADNsb (GO-ssDNA) en un electrodo de oro para detectar el VEGF. Este dispositivo es capaz de medir  la intensidad de la corriente generada en el electrodo mediante una reacción redox con los indicadores tumorales liberando electrones. Este nuevo dispositivo es tan sensible que es capaz no sólo de verificar si está presente la enfermedad, sino que también puede calcular la concentración de células tumorales.

        Este biosensor puede usar como recubrimiento  óxido de grafeno / ADNsb (GO-ssDNA y Oro como electrodo para detectar VEGF. Además se le pueden incorporar nanopartículas de poli-L-láctico (PLLANP) para la amplificación de la señal y la detección de PSA

        La operación del biosensor se realiza de la siguiente manera:

        Primero se recoge el plasma de la sangre (con una alícuota de 10 ml es suficiente) y se trata con anticoagulante de heparina centrifugando el suero a 3500 rpm y 4°C.De esta muestra se recoge lo que en términos médicos se conoce como suero sanguíneo, del que queremos realizar la detección de VEGF y PSA. Una vez obtenido, éste se pone en contacto con las disoluciones de Go-ss DNA.

        De este modo primero para la medición VEGF, el biosensor se lava con concentraciones de solución de VEGF incubadas previamente y entran en contacto con los anticuerpos VEGF. Estos anticuerpos interaccionan con el complejo antes descrito mediante reacciones redox y se puede medir la corriente eléctrica identificando la cantidad de VEGF.

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Figura 1 Detección de VEGF mediante el biosensor

Se realizará un proceso análogo una para las moléculas de PSA.

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Figura 2 Detección de PSA mediante el biosensor

Las moléculas de PSA entran en contacto con los anticuerpos de PSA que interaccionan con el complejo produciendo corriente eléctrica mensurable identificando la cantidad exacta de PSA.

        Cabe decir que este sensor trabajara para un orden de magnitud de 0,05-100 ng / ml para VEGF y1-100 ng / ml para PSA), así como para  un mayor grado de sensibilidad y selectividad que otros biosensores actualmente disponibles abriendo la puerta a diagnosis tempranas y erradicando falsos negativos que derivan en diagnósticos erróneos.

1. Biosensor extremadamente sensible basado en metamateriales hiperbólicos.

Recientemente, investigadores de la universidad Case Western han desarrollado un nuevo tipo de biosensor óptico basado en metamateriales nanoestructurados que ha resultado ser un millón de veces más sensible que los mejores biosensores disponibles actualmente en el mercado siendo capaz de detectar moléculas de bajo peso molecular en disoluciones altamente diluidas. El objetivo de este dispositivo es dotar a los oncólogos de una poderosa herramienta capaz de detectar incluso una única molécula de enzima indicadora para diagnosticar diferentes tipos de tumores con una antelación desconocida hasta ahora.

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