De hojas de pino a nanopartículas de oro: un sensor que abre nuevas vías para detectar el Alzheimer y el Parkinson

La esperanza de vida de la población mundial es cada vez más alta como respuesta a múltiples factores sociales, sanitarios y ambientales: el acceso a las vacunas, al agua potable, el acceso a la educación, la práctica de hábitos de vida saludables… Y que la sociedad envejezca hasta los 80 ó 90 años conlleva que sean más las personas afectadas por enfermedades neurodegenerativas como consecuencia de la edad.

En este sentido, este tipo de patologías representan uno de los grandes desafíos sanitarios del envejecimiento de la población. Según informes de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y datos de la ONU, en 2030 una de cada seis personas en el mundo tendrá 60 años ó más. Entre ellas, el Alzheimer, considerado la epidemia del siglo XXI, es la causa más frecuente de demencia en el mundo y afecta a más de 55 millones de personas, cifra que aumentará a 78 millones para 2030 y a 139 millones para 2050. Mientras tanto, el Parkinson es el segundo trastorno neurodegenerativo más común y su prevalencia se ha duplicado en los últimos 25 años, estimando que, para el año 2050, el número de personas afectadas a nivel mundial superará los 25 millones.

Para una detección precoz de estas patologías que afectan preferentemente a esta población envejecida, investigadores de la Universidad de Cádiz han desarrollado un dispositivo que registra en muestras de suero sanguíneo niveles de dopamina y serotonina, compuestos químicos que actúan como biomarcadores en enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y algunos tipos de cáncer.

Este sensor reúne las siguientes características:

• Bajo impacto ambiental: diseñado y creado a partir de materiales naturales desechados.
• Bajo consumo energético para su fabricación: consume menos que una bombilla LED.
• Funcionamiento similar a un glucómetro, es decir, mide los niveles de estos dos compuestos que actúan como mensajeros cerebrales y que, posteriormente, requiere la interpretación médica de un profesional sanitario.
• Capacidad de reutilización muy elevada.
• Bajo coste: su coste ronda los 15 céntimos por dispositivo.

Investigadores de la Universidad de Cádiz que han trabajado en este estudio.

Para su desarrollo, los expertos han empleado acículas de pino, hojas puntiagudas de estos árboles más conocidas como ‘pinochas’. A partir de ellas, han obtenido un extracto acuoso que se emplea, posteriormente, para sintetizar nanopartículas de oro, haciendo uso en ambos procesos de la tecnología de ultrasonidos de alta energía.

Con estas nanopartículas metálicas obtenidas a partir de estos residuos vegetales, el sensor detecta, en muestras de suero humano, concentraciones de dopamina y serotonina.

Oro metálico obtenido a partir de ‘pinochas’

Una de las particularidades del dispositivo es su proceso de fabricación. Para sintetizar las partículas de oro a partir de las acículas, los investigadores recogieron las hojas que habían caído de los pinos, las lavaron, trituraron y sometieron a técnicas de ultrasonidos para romper las células y separar sus diferentes compuestos.

Acículas de pino.

Este procedimiento, ya aplicado en estudios previos por los expertos con restos de hojas de geranio y residuos de vinificación (orujos), transforma una sal de oro soluble en oro metálico y lo convierte en partículas de tamaño nanométrico altamente reactivas. “Cuando la disolución de color amarillo adopta un tono rojizo sabemos que se han formado las nanopartículas de oro y tenemos que determinar su tamaño. Las más pequeñas presentan mayor reactividad y son más eficaces”, detalla a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Cádiz, José María Palacios Santander, uno de los autores principales del estudio.

Tras este paso, los expertos caracterizaron las partículas de unos 50 nanómetros, un tamaño 1400 veces inferior al grosor de un cabello humano, mediante técnicas de microscopía electrónica, con las que obtuvieron imágenes de las mismas. Depositaron las nanopartículas sobre un electrodo Sonogel-Carbono, es decir, un material que funciona como un transductor electroquímico. Junto con las nanopartículas de oro, y en contacto con las muestras de suero, el dispositivo se activa determinando y cuantificando las concentraciones de sustancias químicas presentes en la muestra analizada.

Como explican en el artículo publicado en la revista RSC Advances, los investigadores realizaron pruebas in vitro con muestras reales de suero sanguíneo humano de sangre donada voluntariamente para este estudio con el objetivo de comprobar la viabilidad del sensor. “Los ensayos en el laboratorio mostraron una precisión y fiabilidad cercanas al 100% en aplicaciones prácticas”, señala el investigador de la Universidad de Cádiz.

Alta sensibilidad y bajo coste

Otras de las singularidades de este sensor es su grado de detección de concentraciones extremadamente bajas de dopamina y serotonina y su bajo consumo energético, inferior al de una bombilla LED.

Nanopartículas de oro metálico obtenidos de extractos de hojas de pino.

El sensor también se puede reutilizar de forma recurrente puliendo la superficie del electrodo y depositando de nuevo las nanopartículas de oro. “Hemos probado que se pueden realizar varios miles de medidas con un mismo electrodo. Y a ello se le suma un coste económico muy bajo, en torno a 15 céntimos de euro por dispositivo”, apostilla el investigador de la Universidad de Cádiz.

Hacia sensores portátiles en tiempo real

El trabajo científico con este sensor no acaba aquí. El siguiente paso del grupo de investigación ‘Instrumentación y Ciencias Ambientales’, perteneciente al Instituto de Investigación en Microscopía Electrónica y Materiales (IMEYMAT) de la Universidad de Cádiz, se centra en la miniaturización del dispositivo con el objetivo de integrarlo en sistemas portátiles capaces de realizar mediciones en tiempo real, sin necesidad de extracción de sangre. “Estamos estudiando cómo insertar el sensor en una cápsula o un parche similar a los sensores de glucosa que utilizan las personas con diabetes para medir el azúcar en sangre”, avanza la investigadora de la Universidad de Cádiz, Laura Cubillana Aguilera, coautora del estudio.

Avances tecnológicos como este sensor abren nuevas vías de investigación hacia diagnósticos más tempranos y cribados accesibles para mejorar el tratamiento y la investigación de enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan un sensor que detecta en suero sanguíneo neurotransmisores implicados en enfermedades degenerativas