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Nano-OptoMechanical Systems for Biological Sensors

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Detectores de resonancia y biodetección para reducir el desperdicio de antibióticos

Una forma de no quedarse atrás en la interminable carrera contra la resistencia microbiana: la identificación rápida y precisa del microbio junto con el tratamiento antibiótico. Parece fácil, pero los actuales métodos de detección tardan días y la identificación de la susceptibilidad o resistencia todavía requiere más tiempo. Sin embargo, un proyecto del programa Marie Skłodowska-Curie podría cambiar la situación actual.

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El proyecto financiado con fondos europeos NOMBIS desarrolló unos discos resonadores nano-optomecánicos (véase la foto del disco con una bacteria) para la identificación precoz de patógenos que causan infecciones. Estos dispositivos pueden configurarse para medir e identificar con una sensibilidad extrema una gran variedad de productos químicos, o para aplicaciones de detección biomolecular.

Determinación del peso del ADN y el ARN: una futura rueda de reconocimiento para microbios

«Hemos aplicado discos resonadores nano-optomecánicos a la biodetección y hemos logrado una detección ultrasensible y ultrarrápida con una resolución de masa de zeptogramo en un entorno de fluidos», resume el doctor Eduardo Gil-Santos, coordinador del proyecto. Un zeptogramo es una masa increíblemente pequeña, de hecho, es una milésima de la trillonésima parte de un gramo. Los investigadores de NOMBIS han desarrollado series de cientos de dispositivos «microdrum» por chip. Estos pueden pesar cadenas de ADN complementarias a las inmovilizadas en la superficie del «microdrum». Por lo tanto, en una muestra de sangre, se pueden identificar muchos patógenos distintos, junto con las resistencias antibióticas, que se marcan mediante mutaciones. La detección de bacterias centrándose en el gen del ARN ribosómico 16S supuso un enorme reto. Este puede usarse para la identificación, porque las bacterias poseen números distintos de copias de este gen. «Los discos resonadores nano-optomecánicos son unos dispositivos excelentes para detectar bacterias individuales, intactas y vivas», explica el doctor Gil-Santos. Además de cuantificar la masa, también pueden detectar las resonancias mecánicas intrínsecas de las bacterias, las cuales podrían constituir una señal única para su identificación. Concretamente se buscaron bacterias que habitualmente son responsables de la septicemia, porque un retraso en su tratamiento puede dar lugar a un fallo orgánico. «Hemos probado nuestros dispositivos con dos patógenos habituales: el "Staphylococcus epidermidis" y la "Escherichia coli”», señala el doctor Gil-Santos. Estas bacterias forman parte de la flora humana y normalmente no son patógenas, pero pueden llegar a serlo en pacientes inmunocomprometidos.

Problemas a niveles inferiores al zeptogramo

Una condición fundamental para la detección es que el sensor y el modo del analito posean frecuencias resonantes cercanas. «Por consiguiente, tuvimos que fabricar muchos discos resonadores y modificar sus dimensiones para alcanzar las frecuencias correctas, y emparejarlos luego con las del analito», explica el doctor Gil-Santos. Para garantizar que las pruebas en los dispositivos sean eficaces, el equipo desarrolló un sistema de depósito de patógenos, que les permite colocar analitos individuales en los sensores con una precisión de micrómetros. Camino de la comercialización El hecho de establecer la espectroscopia mecánica como tecnología de referencia en biomedicina requiere la detección, no solo de modos individuales, sino de todo el espectro mecánico de los analitos, idealmente, en condiciones fisiológicas. Y para seguir explicando lo que necesita esta tecnología revolucionaria, detalla: «Los progresos hechos hasta ahora han demostrado que los sensores mecánicos pueden detectar modos mecánicos individuales de analitos en el aire, lo cual no se había logrado y mucho menos propuesto». El equipo ha solicitado una subvención de inicio del Consejo Europeo de Investigación para seguir su trabajo en espectroscopia mecánica. El proyecto ha generado una patente internacional. «Ahora estoy buscando empresas interesadas en explotar comercialmente esta idea. Sin embargo, el concepto es totalmente nuevo, de forma que se precisarán más avances para consagrarlo», apunta el doctor Gil-Santos. En última instancia, la espectroscopia permitirá detectar patógenos y también controlar en tiempo real sus propiedades mecánicas y morfológicas con una precisión extraordinaria. Además de salvar vidas con la administración oportuna de los medicamentos disponibles actualmente, esta técnica mejorará el desarrollo de nuevos fármacos.

Palabras clave

NOMBIS, mecánico, detección, bacterias, patógenas, disco resonador nano-optomecánico, sensor, microbio, ARN, biomolécula, gen, espectroscopia mecánica

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