Diseñados biosensores basados en resonancias ópticas para aplicaciones médicas

Abián Bentor Socorro Leránoz, ingeniero de telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra, en España, ha diseñado en su tesis doctoral biosensores basados en resonancias ópticas para ser utilizados en aplicaciones médicas. Además de conseguir mayor resolución y sensibilidad, en estos dispositivos se emplean materiales mucho más baratos y versátiles que los usados en las tecnologías actuales, con lo que pueden ser una potencial alternativa en el diseño de sensores biomédicos.

Un biosensor es un instrumento que utiliza moléculas biológicas (biorreceptores) para detectar otras sustancias biológicas o químicas. En esta tesis los biorreceptores han sido los anticuerpos, moléculas biológicas que el organismo crea específicamente para luchar contra los antígenos. Un antígeno es una sustancia ajena al cuerpo humano que el sistema inmunológico reconoce como una amenaza y ante la que reacciona produciendo anticuerpos para identificarla y neutralizarla.

Además, el biosensor está formado por un sustrato (donde se produce el fenómeno físico que traduce las reacciones biológicas a información inteligible) y la capa de inmovilización, que hace que los anticuerpos queden adheridos al sustrato.

“Una de las particularidades —señala el autor— es que como sustrato utilizamos guía-ondas de sílice sobre las que generamos determinado tipo de resonancias”. Los biosensores diseñados se basan en el movimiento de la longitud de onda de las resonancias generadas en función de la cantidad de antígenos detectados.

“Cuando los anticuerpos se unen a los antígenos hay un cambio mínimo en longitud de onda que nuestros biosensores son capaces de detectar”. Esto es posible gracias a la resolución que consiguen estos biosensores y su sensibilidad, “que permite que conforme se incrementan los enlaces anticuerpo-antígeno podamos ver cuánto se desplazan las resonancias en longitud de onda”.

Time-lapse real de la fibra utilizada para conseguir el sensor de celiaquía. En ella se ve una reacción química que produce un color azulado, indicando la presencia de la biomolécula que se quería detectar. (Foto: Abián Bentor Socorro Leránoz, UPNA)

El trabajo realizado por Abián Socorro está orientado a las aplicaciones médicas. En principio, cuantos más antígenos se detecten en la muestra, más avanzada está la enfermedad.

“Si estás en un estado inicial o final tendrás pocos antígenos y pocos anticuerpos, con lo que la resonancia se moverá hacia longitudes de onda cercanas a la de referencia. Si la fase es más avanzada, las concentraciones detectadas serán más altas, con lo que la resonancia cambiará mucho en longitud de onda”, explica.

La tecnología utilizada está basada en modos de pérdidas (LMRs, lossy mode resonances), en la que el Laboratorio de Sensores de la Universidad Pública de Navarra es pionero. “Esta tecnología ha demostrado ser un potencial competidor de la basada en plasmones de resonancia superficial (SPRs, surface plasmon resonances), que actualmente copa la mayoría de aplicaciones biosensoras”.

Este trabajo trata, en definitiva, de optimizar los parámetros de las guía-ondas ópticas usadas para generar resonancias que proporcionen la máxima resolución y sensibilidad posibles, algo crucial en el campo de los biosensores. Como consecuencia de las investigaciones realizadas se han obtenido dos premios en las conferencias internacionales Trends in Nanotechnology 2012 y Optical Fibre Sensors 2014. En esta última, el biosensor fue diseñado para detectar la enfermedad celíaca y se logró reducir —en comparación con los valores habituales en el ámbito clínico— la concentración de anticuerpos detectada para diagnosticar esta afección. (Fuente: UPNA)