Desarrolla el INAOE prototipo de sensor óptico para detectar coronavirus

 Un equipo interdisciplinario de científicos del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) desarrolló y fabricó un prototipo de un biosensor óptico para la detección con alta especificidad del virus SARS CoV-2, en el marco de un proyecto financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

El biosensor óptico está basado en el efecto de resonancia de plasmón localizado en la superficie (LSPR por sus siglas en inglés). El sensor es altamente sensible y potencialmente capaz de distinguir entre variedades de coronavirus, tiene un bajo límite de detección en condiciones de laboratorio y un corto tiempo de detección (10-20 minutos).

El sensor no reemplazará las pruebas de laboratorio existentes, pero podría ser un método alternativo para el diagnóstico clínico rápido, comentan en entrevista el Dr. Rubén Ramos García y la Dra. Svetlana Mansurova, investigadores del INAOE y líderes del proyecto.

La Dra. Mansurova indica que el INAOE cuenta con todos los recursos humanos y materiales para desarrollar un biosensor con las características mencionadas.

Explica que en la superficie del biosensor se coloca un elemento de bio-reconocimiento que reacciona con el analito (la substancia que se quiere detectar). “Así, si se quiere detectar ADN se coloca la cadena complementaria, si es antígeno se coloca un anticuerpo entre otras opciones. La detección es específica, de manera que solo se puede producir una interacción químico-biológica entre el analito y el elemento de bio-reconocimiento. Cuando se da esta reacción, hay un cambio físico-químico que se traduce a una señal eléctrica, óptica, mecánica, etc. En nuestro biosensor el elemento transductor es óptico, es plasmónico”.

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A su vez, el Dr. Rubén añade que el funcionamiento del biosensor se pueden comparar con un candado: “Imagina que tienes un candado, y sólo una llave puede abrirlo. Las reacciones son específicas, ninguna otra molécula podrá abrir el candado, solo la que estás buscando específicamente”.

Interrogada sobre el significado del término “plasmónico”, la Dra. Mansurova explica que los plasmones son oscilaciones colectivas de electrones de conducción en películas o partículas de metales nobles (oro y plata principalmente) de dimensiones nanométricas. Estas oscilaciones son inducidas por onda de luz incidente y las condiciones de resonancia en las que se excitan los plasmones son altamente sensibles al  entorno de la película o nanopartículas de oro que constituyen la superficie del biosensor (el chip). Cuando el analito interacciona con el elemento de bio-reconocimiento colocado en la superficie de chip, se produce un cambio de índice de refracción y este cambio desplaza la resonancia plasmónica, permitiendo sensar la presencia de moléculas específicas.

El Dr. Rubén Ramos señala que ya hay dispositivos comerciales de biosensores que se utilizan especialmente en la industria alimentaria, para medir la calidad del aire y la investigación farmacéutica y en la bioquímica para caracterizar interacciones o detectar moléculas. También se emplean para detectar metales pesados o toxinas.

“Usualmente los biosensores son caros. Nuestro sensor utiliza el mismo principio de los sensores comerciales pero tiene detalles propios, en especial el modo de detección de fase, no hay otro a nivel comercial con esta característica. El transductor es un arreglo de nanopartículas de oro sobre un substrato de vidrio, lo cual reduce el gasto de oro para fabricación del sensor y aumenta la sensibilidad de detección”, subraya.

Informa que el proyecto ya se encuentra en la etapa final, el prototipo ya funciona. Sin embargo, aún falta afinar los detalles que permitan optimizar el desempeño del sensor. En el INAOE se hizo la demostración del concepto utilizando en calidad de analito las cadenas cortas de secuencias de nucleótidos que representan segmentos específicos de RNA del virus SARS-CoV-2 y en calidad de elemento de bio-reconocimento las cadenas complementarias a éstas. Ambos elementos fueron sintetizados artificialmente, de esta manera se evitó la necesidad de trabajar con material biológico que contiene virus real.

La Dra. Svetlana Mansurova expresa que la siguiente etapa en el desarrollo del sensor es miniaturizar, simplificar con fibra óptica u óptica integrada y ponerlo en una plataforma.

El sensor tiene potencial para ser adaptado para uso individual, lo cual podría ser de gran importancia en comunidades remotas y/o sin acceso a infraestructura médica avanzada. Aún más importante, la sensitividad del sensor es suficiente para desarrollar esquemas de detección donde el virus se detecta en aire o en aguas residuales en tiempo real, por ejemplo en lugares concurridos como estaciones de metro, centros comerciales, hospitales, escuelas, etc. “Esto permitirá responder de manera rápida y eficaz a los brotes locales para aislar y combatirlos, sin necesidad de paralizar la actividad económica y social a nivel estatal y/o nacional”.

Para concluir, el Dr. Rubén Ramos comenta que este proyecto fue desarrollado por un equipo multidisciplinario del INAOE que incluye a investigadores, estudiantes de posgrado y técnicos de las áreas de Electrónica, Óptica y Ciencias y Tecnologías Biomédicas.

Además de la Dra. Svetlana Mansurova y del Dr. Rubén Ramos, en el equipo participan los doctores Ismael Cosme (Catedrático Conacyt), Teresita Spezzia, Nikolai Korneev, Julio César Ramírez, los estudiantes Cristina Díaz Failach, Moisés García, Joaquín Alberto Ascencio, Juan Pablo Cuanalo Fernández, Sara González Bolívar. El Dr. Alexander Malik, de Electrónica, asesoró al equipo en la fabricación del chip plasmónico. En la optimización de características del chip, el grupo está colaborando estrechamente con el grupo de fiscos teóricos de la UNAM dirigido por Dr. Alejandro Reyes.

En la parte química y biológica del desarrollo de proyecto se contó con la participación activa de la Dra. Beatriz de la Mora, Catedrática del Conacyt en la UNAM, y de los biólogos moleculares, los doctores Jorge Donato García y Paulina Ramos (Universidad de Florida).