Biosensores nanoplasmónicos para el diagnóstico clínico en el punto de atención

María Soler Aznar

Prof. Laura M. Lechuga Dra. M. Carmen Estévez

(Prof. Laura M. Lechuga, Dra. M. Carmen Estévez)

Esta Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de nuevas metodologías analíticas en biosensores ópticos como soluciones alternativas para el diagnóstico o la monitorización terapéutica de enfermedades relevantes, como la alergia, la enfermedad celíaca o el cáncer. En particular, proponemos el uso de biosensores nanoplasmónicos para la detección rápida, sensible y sin marcaje de biomarcadores presentes en fluidos humanos. Tanto el conocido biosensor de Resonancia Plasmática Superficial (SPR) como un innovador biosensor nanoplasmónico basado en superficies de nanodiscos de oro se han evaluado para su aplicación clínica. Las diferentes metodologías de biosensores utilizan anticuerpos, ya sea como elementos de biorreconocimiento en inmunoensayos o como biomarcadores específicos de enfermedades para el diagnóstico. En primer lugar, se presenta un estudio en profundidad de dos estrategias de inmovilización de anticuerpos dirigidas para el inmunoensayo directo de biomarcadores proteicos en fluidos biológicos. En segundo lugar, se propone una nueva estrategia de inmunodetección para la detección de péptidos derivados del gluten en orina como técnica rápida y no invasiva para el control dietético en pacientes celíacos. Por otro lado, se han desarrollado dos ensayos que emplean el biosensor nanoplasmónico para detectar anticuerpos circulantes en sangre como biomarcadores de enfermedad. En primer lugar, se ha diseñado un enfoque alternativo para el diagnóstico de alergias a fármacos (en particular, amoxicilina) basado en receptores dendrímeros, que permiten la detección de anticuerpos IgE directamente en suero. Y en segundo lugar, se evalúa una nueva estrategia de biosensores para cuantificar autoanticuerpos tumorales específicos para el diagnóstico precoz del cáncer colorrectal. El trabajo de esta Tesis combina el amplio conocimiento del grupo de investigación en el diseño y la fabricación de potentes tecnologías de biosensores con el desarrollo de la química de activación superficial y técnicas bioanalíticas para superar los retos actuales relacionados con los análisis clínicos, que requieren mucho tiempo y son costosos. Además, la sólida experiencia de nuestro grupo de investigación en transferencia tecnológica y las colaboraciones establecidas durante este trabajo doctoral con empresas como Biomedal SL o Protein Alternatives SL abren interesantes oportunidades para facilitar el proceso de transferencia tecnológica para la implementación real de biosensores en el punto de atención.

Entre los proyectos de investigación desarrollados durante la tesis doctoral, dos destacan por su relevancia industrial y comercial. 1. Biosensor de punto de atención para la detección de gluten en orina Este proyecto, en colaboración con Biomedal SL, se centró en el desarrollo de un biosensor portátil para detectar péptidos derivados del gluten en orina como una herramienta no invasiva de monitorización dietética para pacientes celíacos. El método permite una detección rápida y fácil de usar, abordando una importante necesidad clínica no cubierta: la evaluación del cumplimiento dietético en tiempo real. El biosensor demostró una alta sensibilidad, capaz de detectar una ingesta mínima de gluten, con una fuerte correlación con los datos clínicos proporcionados por el Hospital del Valme (Sevilla). Tras los prometedores resultados, se está negociando un prototipo con Biomedal para su validación clínica e implementación en el hogar. 2. Biosensor de punto de atención para el diagnóstico precoz del cáncer colorrectal Realizado en colaboración con Protein Alternatives SL (ProAlt), este proyecto tuvo como objetivo crear un biosensor de diagnóstico basado en sangre para la detección precoz del cáncer colorrectal a través de la identificación de anticuerpos específicos relacionados con el tumor. La plataforma permite el análisis rápido y no invasivo de pequeños volúmenes de sangre, lo que podría reemplazar las colonoscopias y facilitar el cribado rutinario, en particular en individuos genéticamente predispuestos. La precisión del biosensor se validó con muestras de pacientes del Hospital de Cabueñes (Gijón), mostrando una buena concordancia con las técnicas convencionales. Transferencia de tecnología y colaboración industrial Con base en estos resultados, el trabajo del biosensor de cáncer colorrectal avanzó dentro del proyecto COLONTEST (Retos-Colaboración RTC-2014-1518-1), en el que participan ProAlt, el grupo de investigación de tesis, y el Hospital Clínic de Barcelona. La tecnología se está integrando en dispositivos de guía de onda bimodal nanofotónica (BiMW), patentados por el grupo de tesis. Estas plataformas admiten alta sensibilidad, miniaturización y multiplexación, ideales para aplicaciones Lab-on-a-Chip y POC. La tecnología BiMW tiene licencia exclusiva para Promax Electrónica SL, una pyme catalana con más de 50 años en la fabricación de dispositivos analíticos. El grupo de investigación mantiene acuerdos activos de transferencia de tecnología con Promax para su comercialización.

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