- El dispositiu, provat amb sèrum humà, permetria a més obtenir els resultats clínics en menys de cinc hores
- La detecció primerenca és clau per millorar l’eficàcia dels antiretrovirals i prevenir la propagació de la malaltia
- La tecnologia, patentada pel CSIC, està sent aplicada a més per a la detecció precoç d’alguns tipus de càncer.
REDACCIÓ/CIÈNCIA/SALUT. Un equip del Consell Superior de Recerques Científiques (CSIC) ha desenvolupat un biosensor que pot arribar a detectar el VIH tipus 1 durant la primera setmana després de la infecció. Els experiments, realitzats amb sèrum humà, detecten l’antigen p24, una proteïna present en el virus del VIH-1. La tecnologia, patentada pel CSIC, detecta aquesta proteïna fins en concentracions 100.000 vegades inferiors que els sistemes actuals. A més, el temps total de l’assaig és de quatre hores i 45 minuts, per la qual cosa els resultats clínics es podrien obtenir en el mateix dia. La recerca apareix publicada avui en la revista PLOS ONE.
El biosensor combina estructures micromecàniques de silici amb nanopartícules d’or, ambdues funcionaritzades amb anticossos específics al p24. Al final de l’immunoassaig, el p24 és atrapat a manera sándwich entre les nanopartícules d’or i les estructuris micromecàniques de silici. Les nanopartícules d’or presenten ressonàncies òptiques conegudes com a plasmons capaces de dispersar la llum amb molta eficiència i s’han convertit en una de les estructures que més interès han despertat en l’última dècada en el camp de l’òptica. Les estructures micromecàniques són excel·lents sensors mecànics capaços de detectar interaccions tan petites com les forces intermoleculars. La combinació d’aquestes dues estructures produeix senyals mecànics i òptiques per detectar el p24, que s’amplifiquen la una a l’altra produint una extraordinària sensibilitat.
La tecnologia, patentada pel CSIC, està sent a més aplicada per a la detecció precoç d’alguns tipus de càncer. “El xip en si mateix, la part física, és el mateix per a les proves de VIH que per la dels biomarcadors de càncer. El que canvia és la part química, la solució que col·loquem perquè reaccioni segons el que estem buscant. Per això, el nostre treball fonamental se centra a desenvolupar aplicacions
per a aquesta nova tecnologia”, assenyala l’investigador del CSIC Javier Tamayo, que treballa en l’Institut de Microelectrònica de Madrid. “El biosensor usa estructures que es fabriquen amb tecnologies ben establertes en microelectrònica, la qual cosa permet la seva producció a gran escala i a baix cost. Això unit a la seva simplicitat ho podrien convertir en un bon candidat per ser usat en països en vies de desenvolupament”, detalla Tamayo.
Com funciona el biosensor?
L’experiment s’inicia incubant sobre el sensor un mil·lilitre de sèrum humà durant una hora a 37 °C per permetre la unió dels antígens p24 de HIV-1, si els hi hagués, als anticossos de captura situats en la superfície del sensor. Després d’això es torna a incubar, però en aquest cas amb nanopartícules d’or, a 37 °C durant 15 minuts per al marcatge de les proteïnes p24 capturades.
Finalment, el material resultant se sotmet a una esbandida per eliminar les partícules que no s’han unit. “El temps total de l’assaig és de quatre hores i 45 minuts. És realment ràpid, per la qual cosa, per confirmar el diagnòstic es podria fins i tot repetir els proves i els resultats clínics podrien estar el mateix dia del control mèdic. Els resultats són estadísticament significatius i es podrien adaptar als requeriments mèdics”, detalla l’investigador del CSIC.
Els sistemes de detecció de VIH
La infecció aguda per virus de la immunodeficiència humana es defineix com el temps des de l’adquisició del virus fins a la seroconversió, és a dir, l’aparició d’anticossos detectables per al VIH en la sang.
En l’actualitat existeixen dues formes per detectar el VIH en sang. La infecció pot ser diagnosticada mitjançant la detecció en sang d’ARN viral per les proves d’amplificació d’àcids nucleics, o en detectar p24 amb els immunoassaigs de quarta generació.
El primer mètode, basat en la detecció en sang d’ARN viral, presenta un límit de detecció de 20 a 35 còpies d’ARN per mil·lilitre, és a dir, una concentració que típicament ocorre dues setmanes després de l’adquisició del VIH. En el segon mètode, durant els immunoassaigs de quarta generació, s’aconsegueix un límit de detecció de p24 de 10 picograms per mil·lilitre, una concentració aconseguida aproximadament tres o quatre setmanes després de la infecció.
“Aquesta nova tecnologia és capaç de detectar p24 en concentracions fins a 100.000 vegades inferiors que l’última generació d’immunoassaigs aprovats i 100 vegades inferiors que els mètodes de detecció en sang d’ARN viral. Això redueix la fase indetectable després de la infecció a solament una setmana”, assenyala la investigadora del CSIC Priscila Kosaka, de l’Institut de Microelectrònica de Madrid.
Detecció del VIH en sang
La durada de l’etapa entre el contagi i la seroconversió és d’aproximadament quatre setmanes. La detecció primerenca del VIH és crucial per a la millora de la salut de l’individu. Els canvis progressius es produeixen després de l’adquisició del VIH, com l’esgotament irreversible dels limfòcits CD4 en l’intestí, la replicació en el sistema nerviós central i l’establiment de reservoris latents de VIH.
“El potencial d’infectivitat del VIH en la primera etapa del contagi és molt major que en etapes posteriors. Per tant, l’inici de la teràpia antiretroviral abans de la seroconversió millora el control immunològic i s’ha associat amb beneficis en el recompte de cèl·lules CD4, reducció de la inflamació sistèmica, preservació de la funció cognitiva i reducció del reservori latent. Per motius lògics, la seva detecció és crítica per a la prevenció de la transmissió del VIH”, detalla Kosaka.
Aquesta tecnologia està patentada pel CSIC i llicenciada a l’empresa Mecwins, un spin-off del CSIC creada en 2008 per Javier Tamayo i Montserrat Calleja. Aquest spin-off posseeix a més tres palesos fruit del treball d’aquest equip del CSIC. La recerca actual compta amb finançament de l’Associació Espanyola contra el Càncer.
Priscila M. Kosaka, Valerio Pini, Montserrat Calleja y Javier Tamayo. Ultrasensitive detection of HIV-1 p24 antigen by a hybrid nanomechanical-optoplasmonic platform with potential for detecting HIV- 1 at first week after infection. PLOS ONE.
Kosaka, P. M.; Pini, V.; Ruz, J.; Da Silva, R.; González, M.; Ramos, D.; Calleja, M.; Tamayo, J., Detection of cancer biomarkers in serum using a hybrid mechanical and optoplasmonic nanosensor. Nature Nanotechnology 2014, 9 (12), 1047-1053.
Patente ES2553027 A1.Tamayo de Miguel, Francisco Javier; Monteiro Kosaka, Priscila; Pini, Valerio; Calleja, Montserrat; Ruz Martínez, José Jaime; Ramos Vega, Daniel; González Sagardoy, María Ujué. System for biodetection applications.
Ainhoa Goñi / CSIC Comunicación.
