Desarrollan biomarcadores especiales para diagnosticar neumonía y otras enfermedades

Massachusetts (EEUU).- Ingenieros del Instituto Tecnologico de Massachusetts (MIT) desarrollaron una forma de controlar la neumonía u otras enfermedades pulmonares mediante el análisis de la respiración exhalada por el paciente a través de biomarcadores con nanopartículas especializadas.

En un estudio de ratones, los investigadores demostraron que podían usar este sistema para controlar la neumonía bacteriana, así como un trastorno genético de los pulmones llamado deficiencia de alfa-1 antitripsina.

"Visualizamos que esta tecnología le permitiría inhalar un sensor y luego exhalar un gas volátil en aproximadamente 10 minutos que informa sobre el estado de sus pulmones y si los medicamentos que está tomando están funcionando”, explicó Sangeeta Bhatia, profesora de Ciencias de la Salud y Tecnología e Ingeniería Eléctrica e Informática en el MIT.

Se necesitarían más pruebas de seguridad antes de que este enfoque pudiera usarse en humanos, pero en el estudio con ratones, no se observaron signos de toxicidad en los pulmones.

Bhatia, quien también es miembro del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integral del Cáncer y el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia, es la autora principal del artículo, que publica la revista “Nature Nanotechnology”, y cuya primera autora es la postdoctorada senior del MIT Leslie Chan.

Durante varios años, el laboratorio de Bhatia trabajaron en sensores de nanopartículas que pueden usarse como “biomarcadores sintéticos”. Estos marcadores son péptidos que el cuerpo no produce de forma natural, pero que se liberan de las nanopartículas cuando encuentran proteínas llamadas proteasas.

Los péptidos que recubren las nanopartículas se pueden personalizar para que sean escindidos por diferentes proteasas que están vinculadas a una variedad de enfermedades.

Si un péptido es escindido de la nanopartícula por proteasas en el cuerpo de la paciente, luego se excreta en la orina, donde se puede detectar con una tira de papel similar a una prueba de embarazo. Bhatia desarrolló este tipo de prueba de orina para neumonía, cáncer de ovario, cáncer de pulmón y otras enfermedades.

Más recientemente, centró su atención en el desarrollo de biomarcadores que pudieran detectarse en el aliento en lugar de en la orina. Esto permitiría obtener resultados de la prueba más rápidamente, y también evita la dificultad potencial de tener que obtener una muestra de orina de pacientes que podrían estar deshidratados, dice Bhatia.

Ella y su equipo se dieron cuenta de que, al modificar químicamente los péptidos unidos a las nanopartículas sintéticas, podrían permitir que las partículas liberen gases llamados hidrofluoroaminas que podrían exhalarse en el aliento. Los investigadores unieron moléculas volátiles al final de los péptidos de tal manera que cuando las proteasas escinden los péptidos, se liberan en el aire como un gas.

Trabajando en el Laboratorio Lincoln, Bhatia y su equipo idearon un método para detectar el gas del aliento mediante espectrometría de masas. Luego, los investigadores probaron los sensores en modelos de ratón de dos enfermedades: la neumonía bacteriana causada por Pseudomonas aeruginosa y la deficiencia de alfa-1antitripsina. En ambas enfermedades, las células inmunes activadas producen una proteasa llamada elastasa de neutrófilos, que causa inflamación.

Los investigadores demostraron que podían detectar la actividad de elastasa de neutrófilos en aproximadamente 10 minutos para ambas enfermedades. En estos estudios, los investigadores utilizaron nanopartículas que se inyectaron por vía intratraqueal, pero también están trabajando en una versión que podría inhalarse con un dispositivo similar a los inhaladores utilizados para tratar el asma.

Los investigadores también demostraron que podían usar sus sensores para controlar la efectividad del tratamiento farmacológico para la neumonía y la deficiencia de alfa-1 antitripsina. El laboratorio de Bhatia ahora está trabajando en el diseño de nuevos dispositivos para detectar los sensores exhalados que podrían hacerlos más fáciles de usar, incluso permitiendo que los pacientes los usen en casa.

"En este momento estamos utilizando la espectrometría de masas como detector, pero en la próxima generación hemos estado pensando en si podemos hacer un espejo inteligente, dónde respirar en el espejo o hacer algo que funcione como un alcoholímetro de automóvil", anunció Bhatia.

Su laboratorio también está trabajando en sensores que podrían detectar más de un tipo de proteasa a la vez. Dichos sensores podrían diseñarse para revelar la presencia de proteasas asociadas con patógenos específicos, incluido quizás el virus SARS-CoV-2. (Europa Press)