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A Wearable Sensor for Hormones Based on a Native Microbial Sensing

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Muy cerca de las pruebas hormonales de diagnóstico inmediato

Los biosensores se han convertido en herramientas importantes en ámbitos que van desde la biomedicina hasta la defensa, pero su coste y complejidad pueden limitar su aplicación. Una plataforma novedosa aprovecha la regulación de la expresión genética de las bacterias para detectar los niveles hormonales, lo que reduce los costes y abre la puerta a los diagnósticos inmediatos.

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Los biosensores detectan la concentración o actividad de sustancias químicas a través de moléculas naturales, como enzimas o anticuerpos, que se unen a otros elementos para vivir. La producción de anticuerpos es cara, por lo que minimizar los costes de los biosensores y maximizar la selectividad y sensibilidad suelen ser objetivos difíciles de alcanzar al mismo tiempo. Hasta la fecha, las pruebas de anticuerpos en el suero sanguíneo, muy eficaces pero caras, son el método de referencia para la detección de hormonas. Con el apoyo del programa de becas individuales de investigación Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto SENSHOR ha proporcionado una alternativa económica y eficaz, que reemplaza los anticuerpos con algo de ayuda de las bacterias. Además, la toma de muestras de orina en lugar de suero sanguíneo abre la puerta a la biodetección inmediata y rentable de todo tipo de moléculas importantes.

Desde la genética bacteriana y los puntos cuánticos hasta los biosensores

La progesterona es una importante hormona esteroidea que influye en la regulación del ciclo menstrual y en la preparación y el mantenimiento del útero para el embarazo. Las pruebas de progesterona en suero se utilizan para evaluar la fertilidad y el estado de un embarazo. Sin embargo, dependen de los anticuerpos, ya de por sí caros de producir, que se unen de forma irreversible a la progesterona, lo que significa que no pueden recuperarse y utilizarse de nuevo. En el marco de una colaboración sólida con Mark W. Grinstaff, James E. Galagan y sus compañeros de la Universidad de Boston, Sébastien Lecommandoux, coordinador del proyecto, y su compañera Chloé Grazon, ambos de la Universidad de Burdeos, tuvieron una idea mejor. «La innovación fundamental del proyecto SENSHOR fue utilizar las proteínas llamadas factores de transcripción para detectar hormonas. Los factores de transcripción son proteínas que se unen de forma reversible a secuencias específicas de ADN en presencia de un analito para controlar la expresión genética. Por primera vez, las proteínas sensibles a las hormonas se han producido en las bacterias y se han utilizado “ex vivo” para desarrollar un sensor», explica Lecommandoux. Para crear una señal que pudiera detectarse, Grazon aprovechó el fenómeno singular de la transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET, por sus siglas en inglés). La FRET es un proceso físico que depende de la distancia de transferencia de energía de un fluoróforo molecular excitado (el donante) a otro fluoróforo (el aceptador). En el caso del sensor, el par donante-aceptador es una proteína factor de transcripción etiquetada con fluorescencia y una secuencia de ADN fluorescente. Cuando no hay una hormona en la muestra para distanciar a los dos, pueden intercambiar energía según la FRET. La presencia de la hormona hace que se separen, lo que impide la transferencia de energía y perturba la señal de fluorescencia. La fluorescencia proviene de puntos cuánticos, elegidos por su brillo y resistencia al fotoblanqueo. Lecommandoux explica: «En SENSHOR, mejoramos la estabilidad de los puntos cuánticos fluorescentes de FRET. Su solidez también nos permitió mejorar la relación señal-ruido y, por lo tanto, el límite de detección del sensor».

Allanar el camino hacia los biosensores de diagnóstico inmediato

«Utilizamos nuestra plataforma pionera de biosensores para detectar con éxito la progesterona en la orina en concentraciones naturales y desarrollamos un dispositivo de sobremesa barato y portátil que proporciona la misma respuesta de fluorescencia a la valoración de progesterona. Con la misma metodología, podríamos desarrollar un biosensor para casi todo lo que es metabolizado por las bacterias», afirma Grazon. Estos resultados revolucionarios se publicaron en la prestigiosa revista arbitrada «Nature Communications». El equipo logró con éxito inmovilizar el biosensor en una superficie y también incrustarlo en hidrogeles, pasos importantes hacia el desarrollo de dispositivos funcionales para aplicaciones reales. Los resultados de SENSHOR allanan el camino hacia unos biosensores rentables y portátiles para la detección inmediata de hormonas y otros elementos.

Palabras clave

SENSHOR, biosensor, progesterona, FRET, bacterias, anticuerpos, puntos cuánticos, factor de transcripción, transferencia de energía por resonancia de fluorescencia

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