Nuevos biosensores de óxido de grafeno pueden acelerar la investigación del VIH y fármacos contra el cáncer

Con el anhelo de encontrar una cura para el cáncer, el VIH y otras enfermedades hasta ahora incurables, los investigadores ya han probado cientos de drogas, cada una de ellas con ensayos pre-clínicos y clínicos que requieren pruebas humanas o animales. ¿Cuántos agentes químicos más para intentar acercarse al logro? En ese camino, vamos a encontrar la cura durante nuestra vida?

Una de las maneras más fáciles para acelerar el proceso de desarrollo de fármacos es simplemente realizar la prueba fuera del cuerpo vivo (por ejemplo, mediante la observación de cómo las sustancias reaccionan con las piezas pequeñas de tejido vivo y por lo tanto predecir rápidamente el efecto general que le hará al cuerpo cuando en el interior). Este enfoque eventualmente proporciona la selección pre-clínica más eficaz de los fármacos candidatos para el posterior ensayo clínico a largo plazo. Esto podría llevar a la humanidad más cerca de encontrar la cura que siempre hemos estado buscando.

Investigadores del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmonics, Instituto de Física y Tecnología de Moscú – MIPT (Rusia) han ideado un nuevo tipo de biosensor basado en óxido de grafeno (GO) que podría acelerar significativamente el proceso de desarrollo de fármacos. Las excelentes propiedades de este alótropo de carbono ayudan a mejorar significativamente la sensibilidad de los biosensores, que en el futuro puede permitir el desarrollo de nuevos medicamentos y vacunas contra muchas enfermedades peligrosas, incluido el VIH, la hepatitis y el cáncer. La investigación, dirigida por Yuri Stebunov, un científico de la MIPT, se publicó en los Materiales y Inter ACS Aplicadas. El documento se titula «chips sensores altamente sensibles y selectivos con la capa de enlace de oxido de grafeno». Valentyn Volkov es el co-autor principal, profesor visitante de la Universidad del Sur de Dinamarca. Otros co-autores son Olga Aftenieva y Aleksey Arsenin. Los nuevos chips basados en biosensores ​​exploran el fenómeno de la resonancia de plasmón superficial (SPR). Plasmones superficiales son ondas electromagnéticas que se propagan a lo largo de una interfaz metal-dieléctrico (por ejemplo, el oro / aire) y con las amplitudes de manera exponencial en descomposición en los medios externos. La adsorción de moléculas de solución sobre una superficie de detección altera el índice de refracción del medio cerca de esta superficie y, por lo tanto, cambia las condiciones de SPR. Estos sensores pueden detectar la adsorción biomolécula incluso a la billonésima parte de un gramo por milímetro cuadrado. Debido a las ventajas antes mencionadas, los biosensores SPR son una excelente plataforma para impulsar el progreso tecnológico en las áreas de la medicina y la biotecnología. Sin embargo, la característica más distintiva de este tipo de sensores es una habilidad para «visualizar» las interacciones moleculares en tiempo real.

«Los Biosensores SPR son una herramienta valiosa para investigar una amplia gama de reacciones bioquímicas, estimar su cinética química y otras características. Todo esto se puede utilizar de manera eficiente para el nuevo descubrimiento de fármacos y su validación. La introducción generalizada de este método en los ensayos pre-clínicos cambiará por completo la industria farmacéutica. Con sensores SPR sólo tenemos que estimar la interacción entre el fármaco y los objetivos en la superficie de detección «, dijo Stebunov.

La mayoría de los chips sensores SPR comerciales comprenden una placa delgada de vidrio cubierto por la capa de oro con tiol o capas de polímeros en él. La sensibilidad de biodetección depende de las propiedades de superficie del chip. La capacidad de unión superior de biomoléculas aumenta los niveles de señal y precisión de análisis. En los últimos años, los materiales de carbono como grafeno han atraído mucho la atención debido a su gran superficie, la fabricación de bajo coste, y la interacción con una amplia gama de biomoléculas.

Stebunov y el equipo del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmonics en MIPT han creado y patentado un nuevo tipo de chips sensores SPR con la capa de enlace, hecho de GO, un material con propiedades ópticas y químicas más atractivos que el grafeno prístino. Los «copos» GO fueron depositados sobre la capa de oro de 35 nm. A partir de entonces una capa de proteína estreptavidina fue desarrollada en GO para la inmovilización selectiva de biomoléculas.

Los científicos llevaron a cabo una serie de experimentos con el chip GO, el chip disponible comercialmente con dextrano carboximetilado (CMD) de la capa y el chip cubierto por grafeno monocapa. Los experimentos mostraron que el chip GO propuesto tiene tres veces mayor sensibilidad que el chip CMD y 3.7 veces más que el chip con el grafeno prístino. Estos resultados significan que el nuevo chip necesita mucho menos para la detección de moléculas de un compuesto y se puede utilizar para el análisis de las reacciones químicas con pequeñas moléculas de fármacos. Una ventaja importante de los nuevos chips sensores basados ​​GO es su simplicidad y la fabricación de bajo coste en comparación con chips sensores que ya están disponibles comercialmente.

«Nuestro invento ayudará en el desarrollo de medicamentos contra las enfermedades virales y cáncer. Estamos a la espera de que la industria farmacéutica manifieste una fuerte demanda de nuestra tecnología», dijo Stebunov.

«El sensor también puede encontrar aplicaciones en el control de calidad de los alimentos y en la detección de toxinas, acortando significativamente el tiempo para un diagnóstico clínico», añadió el investigador.

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