El sensor de sudor portátil detecta el sello molecular de la inflamación

La gran mayoría de las enfermedades y trastornos que afectan a los seres humanos, desde la artritis hasta la fiebre Zika, implican algún nivel de inflamación. Si bien la inflamación nos resulta más familiar como dolor, enrojecimiento e hinchazón, también se asocia con una gran cantidad de marcadores bioquímicos.

Uno de estos marcadores, la proteína C reactiva, o CRP, que es secretada por el hígado, se asocia tan comúnmente con la inflamación que su presencia en el torrente sanguíneo es un fuerte indicador de una condición de salud subyacente.

Ahora, los investigadores de Caltech han desarrollado el primer sensor de piel portátil de su tipo que puede detectar de forma inalámbrica la presencia de PCR en el sudor humano. Este sensor facilitará a los pacientes y profesionales médicos el control de su salud sin necesidad de análisis de sangre más invasivos.

El artículo que describe el trabajo, «Un parche inalámbrico para el control de la proteína C reactiva en el sudor», aparece en la edición del 22 de junio de la revista. Naturaleza Ingeniería Biomédica.

Wei Gao, cuyo laboratorio es responsable del desarrollo de una variedad de sensores de sudor portátiles, incluido este último, dice que la PCR es mucho más difícil de detectar que las moléculas detectadas por sus otros sensores de sudor. Una de las razones es que la CRP está presente en la sangre en una concentración mucho más baja que otros biomarcadores. Esto se debe en gran parte a que las moléculas de CRP son mucho más grandes que otras moléculas de biomarcadores, lo que significa que es mucho más difícil que se secreten del torrente sanguíneo al sudor. Otra razón es que la detección sensible de CRP generalmente requiere pasos especiales de laboratorio que lavan las muestras para garantizar una detección consistente.

«Esos eran los principales problemas que antes impedían que las personas realizaran la detección de PCR portátil», dice Gao, profesor asistente de ingeniería médica, investigador del Instituto de Investigación Médica Heritage y becario Ronald y JoAnne Willens. «Necesitamos una alta sensibilidad para monitorear la PCR de muy baja concentración automáticamente en la piel».

Este sensor CRP, al igual que otros sensores desarrollados por Gao y su equipo, está construido sobre grafeno grabado con láser, una forma de carbono en forma de lámina. La estructura del grafeno contiene muchos poros diminutos que crean una gran cantidad de superficie. Esos poros están incrustados con anticuerpos que se unen a CRP y moléculas especiales (moléculas redox) capaces de generar una pequeña corriente eléctrica bajo ciertas condiciones.

El sensor también contiene nanopartículas de oro que llevan consigo un conjunto separado de anticuerpos CRP (anticuerpos detectores).

Cuando las moléculas de PCR ingresan al sensor a través del sudor, se adhieren tanto a los anticuerpos del detector en las nanopartículas de oro como a los anticuerpos en el grafeno, pegando temporalmente las nanopartículas al grafeno y activando la molécula redox para generar una corriente eléctrica que se puede medir por medios electrónicos. componentes conectados al sensor.

Debido a que cada nanopartícula de oro contiene múltiples anticuerpos detectores, amplifican la señal minúscula que de otro modo proporcionaría una sola molécula de CRP, dice Gao.

Para tener en cuenta la influencia de las variaciones en la composición del sudor de una persona a otra sobre la señal electroquímica del biosensor, el sensor también se diseñó para medir la concentración de iones en el sudor, el pH del sudor y la temperatura de la piel.

Gao dice que el trabajo demuestra por primera vez que la PCR en el sudor se puede detectar con precisión y tiene una buena correlación con su contraparte en la sangre, lo que tiene implicaciones para su trabajo en el laboratorio y para aplicaciones médicas prácticas.

«Esta es una plataforma general que nos permite monitorear moléculas de niveles extremadamente bajos en nuestros fluidos corporales. Esperamos expandir esta plataforma para monitorear otras moléculas de proteínas y hormonas clínicamente relevantes», dice. «También queremos ver si esto se puede usar para el manejo de enfermedades crónicas. La inflamación significa un riesgo para muchos pacientes. Si pudieran controlarse en casa, se podría identificar su riesgo y se les podría dar un tratamiento oportuno».