Desarrollo de biosensores para la detección de tuberculosis basados en nanoestructuras de carbono

Investigadores

RUMICHE ZAPATA, Francisco

Unidad

Departamento de Ingeniería

Fuentes de financiamiento

Fondo para la Innovación, Ciencia y Tecnología (FINCyT)

Año

2013

La tuberculosis (TB) es una infección bacteriana que afecta a millones de personas. Las limitaciones de los métodos actuales de diagnóstico en sensibilidad, especificidad, tiempo de respuesta y costo; así como el resurgimiento de la enfermedad y la aparición de cepas multidrogo resistentes (MDR), hacen necesario desarrollar nuevos métodos de detección. El presente proyecto plantea desarrollar nanoestructuras en base a grafeno y secuencias de ADN para generar un dispositivo para la detección de TB. Para ello, se ha formado un equipo interdisciplinario de investigadores del Departamento de Ingeniería de la PUCP y del Instituto de Medicina Tropical de la UPCH. La propuesta contempla el desarrollo de nanoestructuras de grafeno funcionalizado con fragmentos de ADN complementarios al ADN de la TB. Estas nanoestructuras deberán ser capaces de producir una señal electrónica medible como resultado de la hibridación entre fragmentos de ADN, constituyendo un método molecular de detección de TB. El trabajo a realizar incluye la preparación de los sustratos de grafeno, la determinación de las secuencias de ADN óptimas, la concepción, fabricación y caracterización de las nanoestructuras, la integración en un dispositivo funcional, y la evaluación de desempeño del dispositivo resultante. Los resultados permitirán contar con nanoestructuras con capacidad para detectar TB de manera selectiva y confiable, con una sensibilidad adecuada, de fácil uso y de fabricación económica.

Objetivos

1.Dispositivo nanotecnológico para la detección de tuberculosis con base en nanoestructuras de grafeno.

Resultados

1. Por lo menos dos secuencias de ADN reconocedoras especificas para MTB. – Por lo menos dos nanoestructuras a base de grafeno compatibles con secuencias de ADN reconocedoras de MTB. -Un dispositivo funcional basado en las nanoestructuras de grafeno, capaces de detectar TB, de alta sensibilidad, selectividad, con corto tiempo de detección, económico, portátil y de fácil uso.

2.Un diseño de por lo menos dos nanoestructuras tomando en cuenta el sustrato, el tipo de grafeno y el protocolo de implementación del grafeno. – Por lo menos dos nanoestructuras elaboradas, potencialmente capaces de detectar tuberculosis e identificar el tipo y magnitud de señal generada producto de la interacción. – Nanoestructuras elaboradas debidamente caracterizadas.

3.- Un sistema de medición y adquisición de datos, diseñado. – Un sistema de medición ensamblado y validado.

4, Nanoestructuras híbridas producto de enlazar secuencias de ADN a la red de grafeno. – Nanoestructuras híbridas integradas en 2 prototipos de dispositivos funcionales. Dos prototipos de dispositivos funcionales debidamente caracterizados

5.Un dispositivo que pasa la prueba de factibilidad con cultivos positivos de MTB. – Un procedimiento estandarizado del procesamiento de las muestras (simuladas) para el uso del dispositivo funcional. Performance del dispositivo en muestras ciegas con resultados conocidos (sensibilidad, especificidad, precisión, repetibilidad)

Impacto

El desarrollo de un dispositivo nanoestructurado para la detección de la TB y el desarrollo de su proceso de elaboración representan un aporte significativo, no solo en el campo de nuevos métodos moleculares para la detección de la enfermedad, sino también en el campo de la nanotecnología en sí. La idea de utilizar el grafeno como transductor es novedosa. A partir de los resultados de este trabajo, se puede plantear investigaciones para generar nuevos métodos de diagnóstico basados en nanotecnología para otras enfermedades infecciosas que aquejan a humanos, animales y plantas en nuestro país, tales como la malaria, el dengue, brucelosis, otras zoonosis, enfermedades inmuno prevenibles, plagas y otras. Contribución a la ciencia y tecnología con conocimientos, técnicas, productos, bienes, servicios y procesos derivados del proyecto.

Contar con un método de diagnóstico de TB lo suficientemente sensible, rápido, y con capacidad para ser implementado en cualquier lugar permitiría disminuir la inversión en tiempo y dinero que involucran los métodos convencionales. Asimismo, un diagnóstico adecuado permitiría disminuir la propagación de la enfermedad, reduciendo de esta manera la enorme carga económica al sistema de salud del país. Por otro lado, se reduciría la dependencia de equipos, reactivos y otros insumos comerciales de origen extranjero. En términos del mejoramiento de la competitividad de los productos, bienes, servicios y procesos, se puede mencionar que la elaboración de un dispositivo funcional y luego la prueba aplicativa y exitosa de un biosensor en la vida real dará lugar a una actividad industrial en altas tecnologías para fabricar dichos sensores.

El proyecto tiene el potencial de generar un gran impacto a la población de menos recursos no solo a nivel nacional, sino también a nivel latinoamericano. Las personas infectadas tendrían la posibilidad de recibir un tratamiento acorde con el nivel y tipo de infección, y por lo tanto tendrían una alta probabilidad de suprimir la enfermedad. Un método de diagnóstico apropiado conduciría además a contener la propagación de la enfermedad (y otras enfermedades en el futuro) y por consiguiente a mejorar la calidad de vida de la sociedad. Finalmente se conseguiría también aliviar la demanda de los servicios públicos de salud.

Un método de diagnóstico confiable y de rápido uso como el propuesto reduciría el riesgo de transmisión de la tuberculosis y eventualmente otras enfermedades, y la consiguiente contaminación tanto al interior de los centros de salud como del medio ambiente en general. Podrían también ser detectados directamente del ambiente los agentes de enfermedades que se transmiten del ambiente a humanos y animales, pudiendo tomar así medidas preventivas.

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