(Noticias de Nanowerk) El futuro de la medicina puede estar muy bien en la personalización de la atención médica: saber exactamente lo que necesita un individuo y luego entregar la combinación correcta de nutrientes, metabolitos y medicamentos, si es necesario, para estabilizar y mejorar su condición. Para hacer esto posible, los médicos primero necesitan una forma de medir y monitorear continuamente ciertos biomarcadores de salud.
Con ese fin, un equipo de ingenieros de Caltech ha desarrollado una técnica para la serie de nanopartículas especiales de impresión de inyección de tinta que permite la producción en masa de sensores de sudor portátiles de larga duración. Estos sensores podrían usarse para monitorear una variedad de biomarcadores, como vitaminas, hormonas, metabolitos y medicamentos, en tiempo actual, proporcionando a los pacientes y sus médicos la capacidad de seguir continuamente los cambios en los niveles de esas moléculas.
Los biosensores portátiles que incorporan las nuevas nanopartículas se han utilizado con éxito para monitorear los metabolitos en pacientes que padecen Covid largos y los niveles de fármacos de quimioterapia en pacientes con cáncer en Metropolis of Hope en Duarte, California.
«Estos son solo dos ejemplos de lo que es posible», cube Wei Gao, profesor de ingeniería médica en el Departamento de Ingeniería Médica de Andrew y Peggy Cherng en Caltech. «Hay muchas condiciones crónicas y sus biomarcadores que estos sensores ahora nos dan la posibilidad de monitorear de forma continua y no invasiva», cube Gao, quien es el autor correspondiente en un artículo en la revista. Materiales de la naturaleza («Nanopartículas de núcleo-cáscara selectiva de molécula imprimible para detección de portátiles e implantables») describiendo la nueva técnica.
Gao y su equipo describen las nanopartículas como nanopartículas cúbicas de carcasa núcleo. Los cubos se forman en una solución que incluye la molécula que los investigadores quieren rastrear, por ejemplo, la vitamina C. a medida que los monómeros se ensamblan espontáneamente para formar un polímero, la molécula objetivo, vitamina C, está atrapada dentro de las nanopartículas cúbicas. A continuación, se usa un disolvente para eliminar específicamente las moléculas de vitamina C, dejando atrás una concha de polímero molecularmente impresa salpicada de agujeros que tienen formas que coinciden exactamente con las de las moléculas de vitamina C, que se trata de anticuerpos artificiales que reconocen selectivamente las formas de solo moléculas particulares.
Es importante destacar que, en el nuevo estudio, los investigadores combinan esos polímeros especialmente formados con un núcleo de nanopartículas hecho de hexacianoferrato de níquel (NIHCF). Este materials se puede oxidar o reducir bajo un voltaje eléctrico aplicado cuando está en contacto con el sudor humano u otros fluidos corporales. Volviendo al ejemplo de vitamina C, el fluido entrará en contacto con el núcleo de NIHCF siempre que los agujeros en forma de vitamina C estén desocupados, y esto generará una señal eléctrica.
Sin embargo, cuando las moléculas de vitamina C entran en contacto con el polímero, se deslizan en esos agujeros, evitando así que el sudor u otros fluidos corporales se pongan en contacto con el núcleo. Esto debilita la señal eléctrica. La resistencia de la señal eléctrica, entonces, revela cuánta vitamina C está presente.
«Este núcleo es crítico. El núcleo del hexacato de níquel es altamente estable, incluso en fluidos biológicos, lo que hace que estos sensores sean ideales para la medición a largo plazo», cube Gao, quien también es investigador del Instituto de Investigación Médica Heritage y un erudito de Ronald y Joanne Willens.
Las nuevas nanopartículas de núcleo-cáscara son altamente versátiles y se usan en matrices de sensores de impresión que miden los niveles de múltiples aminoácidos, metabolitos, hormonas o fármacos en sudor o fluidos corporales simplemente utilizando múltiples «tintas» en una sola matriz. Por ejemplo, en el trabajo descrito en el documento, los investigadores imprimieron nanopartículas que se unen a la vitamina C junto con otras nanopartículas que se unen al aminoácido triptófano y creatinina, un biomarcador comúnmente medido para ver qué tan bien funcionan los riñones. Todas las nanopartículas se combinaron en un sensor que luego se produjo en masa. Estas tres moléculas son de interés en estudios de pacientes con Covid largo.
Del mismo modo, los investigadores imprimieron sensores portátiles basados en nanopartículas que eran específicos de tres medicamentos antitumorales diferentes en sensores individuales que luego se evaluaron en pacientes con cáncer en Metropolis of Hope.
«Demostrando el potencial de esta tecnología, pudimos monitorear de forma remota la cantidad de medicamentos contra el cáncer en el cuerpo en un momento dado», cube Gao. «Esto está señalando el camino hacia el objetivo de la personalización de la dosis no solo para el cáncer sino también para muchas otras afecciones».
En el documento, el equipo también mostró que las nanopartículas se pueden usar para imprimir sensores que pueden implantarse justo debajo de la piel para monitorear con precisión los niveles de drogas en el cuerpo.
