¿Qué tienen en común enfermedades como el cáncer, la artritis reumatoide, la diabetes, la COVID-19, la depresión o la distrofia muscular? A pesar de sus profundas diferencias, cada una de ellas está relacionada con procesos inflamatorios desencadenados por un culpable común: la interleucina-6 (IL-6). Esta biomolécula pertenece a una amplia familia de proteínas conocidas como citocinas, que participan en la respuesta inmunitaria del organismo. Dado que sus niveles suelen estar elevados en infecciones, inflamaciones y enfermedades autoinmunes, es un indicador fiable de la gravedad en numerosos casos. Por lo contrario, niveles reducidos pueden mostrar hasta qué punto está funcionando un tratamiento. Por lo tanto, ser capaz de medir citocinas como IL-6 de forma rápida y precisa es crucial para descubrir y testear fármacos. Sin embargo, desafortunadamente a menudo es difícil hacerlo ya que está presente en concentraciones extremadamente bajas.
Ahora, investigadores del grupo Biosensores para Bioingeniería del IBEC presentan, en un nuevo estudio publicado en la revista Nanophotonics, el empleo de la nanoingeniería para la detección rápida, precisa, fácilmente reproducible y rentable de IL-6. El estudio fue liderado por el jefe del grupo Javier Ramón Azcón, firmado por el investigador postdoctoral Gerardo López Muñoz como primer autor, y con las contribuciones de Trias y Eduard Martin-Lasierra, y de los miembros del grupo Juanma Fernández Costa, Maria Alejandra Ortega Machuca y Jordina Balaguer.
Mejorando la sensibilidad y la reproducibilidad
En este trabajo, se desarrolló un nuevo biosensor basado en Blu-ray producido industrialmente para detectar la proteína IL-6 en músculos esqueléticos obtenidos por bioingeniería 3D. En primer lugar, los investigadores realizaron bioingeniería de tejidos musculares esqueléticos en 3D mediante el uso de una técnica de encapsulación de fotomoldes que habían desarrollado previamente. Luego, indujeron la liberación de diferentes concentraciones de IL-6 en las muestras y analizaron cada una con su biosensor. El biosensor, que se basa en una nanoestructura plasmónica – una partícula cuya densidad de electrones puede acoplarse con radiación electromagnética de longitudes de onda mucho más grandes que la propia partícula – mostró una mayor sensibilidad al medir variaciones en las concentraciones de IL-6, incluso cuando eran extremadamente bajas.
De hecho, esta técnica superó a otras plataformas de biosensores plasmónicas y nanoplásmicas en al menos un orden de magnitud en la detección de IL-6 en el tejido muscular. Su sensibilidad fue similar a la de las plataformas de biodetección electroquímicas, pero ofrece la ventaja adicional de ser directa y sin necesidad de usar marcadores. Además, gracias al uso de nanocristales 1D fabricados a escala industrial presentes en Blu-ray, podría convertirse en un sensor multicanal altamente reproducible.
Una herramienta prometedora para la evaluación de medicamentos
Los autores identifican nuevas oportunidades para afinar su técnica, incluido el uso de otros materiales plasmónicos como el grafeno o el oro nanoporoso, para extender su aplicación a una gama más amplia de biomarcadores.
Su nuevo enfoque ofrece una cuantificación directa, sin marcadores y en tiempo real de biomarcadores que minimiza la complejidad de utilización. Podría usarse para medir biomarcadores en tejidos u organoides producidos por bioingeniería 3D en las fases iniciales del testeo de nuevos fármacos candidatos para innúmeras enfermedades. Los estudios futuros se centrarán en la biodetección multiplexada y en tiempo real para desarrollar plataformas de seguimiento de cultivos celulares.
Nuestra técnica superó a otras plataformas de biosensores de este tipo en al menos un orden de magnitud en la detección de IL-6 en tejido muscular.
Javier Ramon, profesor de investigación ICREA en el IBEC
Artículo de referencia:
Gerardo A Lopez-Muñoz, Juan M Fernández-Costa , Maria Alejandra Ortega, Jordina Balaguer-Trias, Eduard Martin-Lasierra and Javier Ramón-Azcón. Plasmonic nanocrystals on polycarbonate substrates for direct and label-free biodetection of Interleukin-6 in bioengineered 3D skeletal muscles. Nanophotonics, 2021.
