Tecnología de biosensores para el diagnóstico descentralizado

Laura M. Lechuga, grupo de Nanobiosensores y aplicaciones Bioanalíticas del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), CSIC, BIST y CIBER-BBN | OCTUBRE 2021
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Según los informes emitidos por la OMS, en los últimos 10 años hemos sido testigos de más de cinco enfermedades consideradas pandémicas: el síndrome respiratorio agudo severo (SARS), la gripe porcina, el ébola, el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS), el Zika y finalmente, la COVID-19. Podríamos llegar a sufrir otras pandemias o situaciones de emergencia sanitaria en los próximos años como consecuencia de la cada vez más preocupante degradación del medioambiente y la invasión de hábitats ajenos.

La pandemia de COVID-19 nos ha dejado muchas lecciones por aprender. Una de ellas es la urgente necesidad de disponer de un diagnóstico descentralizado para todo tipo de enfermedades. Porque a pesar de los espectaculares avances en las tecnologías para la detección de la COVID-19, con una inundación en cuestión de pocos meses de pruebas rápidas de antígenos y serológicas que incluso ya se pueden hacer en casa, su fiabilidad no es completa y muchas veces los resultados han tenido que reconfirmarse con una PCR, una tecnología que requiere laboratorios centralizados y especialistas que la lleven a cabo.  Además, también ha sido muy preocupante el escenario que hemos vivido, donde la emergencia sanitaria de la pandemia ha ralentizado en gran medida el diagnóstico clínico, tanto preventivo como el rutinario de las pacientes con enfermedades crónicas. Numerosas personas han sufrido un considerable retraso en el diagnóstico de enfermedades graves, lo que ha incrementado el número de víctimas por efectos “colaterales” de la pandemia.

El diagnóstico tiene que evolucionar y se tienen que conseguir tecnologías de análisis descentralizadas que, de manera rápida, selectiva, pero al mismo tiempo muy confiable, aborden y resuelvan este acuciante problema. En este contexto, el gran potencial de los dispositivos biosensores combinados con tecnologías wifi e Internet de las cosas (IoT) para una conectividad inalámbrica con expertos en salud e instalaciones de atención médica, abre increíbles oportunidades para incorporar innovadores sistemas no solo para el diagnóstico sino también para ayudar en la prevención y el tratamiento de todo tipo de enfermedades, incluida la COVID-19.

El aumento de la población y su progresivo envejecimiento a nivel mundial, junto con la situación de crisis sanitaria y económica global, está ejerciendo en el ámbito de salud una presión presupuestaria hasta cierto punto insostenible. Muchos países se enfrentan a la realidad de tener que controlar o reducir el presupuesto destinado a la asistencia médica. Incentivar la atención llevada cabo en los centros de atención primaria, descentralizar los análisis para evitar multiplicar las visitas médicas o facilitar y promover la teleasistencia son tendencias cada vez más crecientes que ayudarían a reducir gastos, tanto en los países desarrollados como en el tercer mundo. Las técnicas tradicionales empleadas en análisis clínico, basadas en procesos bien establecidos y en muchos casos automatizados pero llevados a cabo en laboratorios centralizados, implican multiplicar las visitas médicas para la posterior discusión de resultados y se alejan del modelo cada vez más demandado de atención asequible, con resultados instantáneos en cualquier lugar y momento.

Por todo ello, el diagnóstico del futuro (rápido, preciso, mínimamente invasivo y portátil) se ha convertido en un área clave, ya que el diagnóstico es siempre el primer paso en medicina y es imprescindible en el seguimiento de las terapias una vez identificada la enfermedad. Las nuevas técnicas deben garantizar unos niveles de sensibilidad suficientes para proporcionar una detección precoz, a ser posible en los primeros estadios de la patología, y que permitan la toma de decisiones terapéuticas adecuadas. El diagnóstico descentralizado podría posibilitar el seguimiento de la progresión de la enfermedad en el momento en que se empieza a aplicar el tratamiento. Los dispositivos biosensores pueden proporcionar este diagnóstico del futuro, ya que permiten una detección rápida, precisa y fiable en estados precoces de la enfermedad, empleando tan solo una mínima cantidad de muestra del paciente (unas gotas de un fluido biológico como sangre, suero, orina, sudor, etc). Conseguir un diagnóstico rápido, fiable e idealmente de bajo coste, permitiría abordar los tratamientos y el seguimiento de los pacientes de una forma más eficiente y sin necesidad de visitas continuadas a un hospital o un laboratorio de análisis. Mejoraría la capacidad de respuesta y podría ofrecer mayores probabilidades de recuperación al paciente, incidiendo en una disminución de los costes para el sistema público de salud, acompañado de una mejor calidad de vida del paciente. Disponer de plataformas biosensoras descentralizadas ubicadas en centros de atención primaria, en farmacias, en residencias de mayores e incluso en el propio hogar, permitirán el análisis eficiente de diversas enfermedades y la monitorización de su evolución para evaluar, por ejemplo, la eficacia de un tratamiento determinado.

Los dispositivos biosensores son conceptualmente análogos al biosensor de glucosa empleado hoy en día por millones de personas diabéticas en todo el mundo. Hay multitud de dispositivos y configuraciones de biosensores en distintos estadios de desarrollo (a nivel de laboratorio, o prototipos más avanzados ya comerciales) que pueden contribuir al diagnóstico descentralizado de enfermedades y en emergencias sanitarias como la de la COVID-19. Los biosensores son dispositivos integrados y autónomos constituidos por un chip sensor en contacto con moléculas biológicas selectivas (en la superficie del sensor se colocan por ejemplo antígenos, anticuerpos o sondas de ADN, específicos para aquella sustancia, molécula o patógeno a detectar). La captura de la molécula diana produce cambios fisicoquímicos que son detectados por el sensor e inmediatamente procesados en un valor numérico cuantificable. Las principales ventajas de los dispositivos biosensores son su uso descentralizado, su potencial para ser manejado por personal no especializado, su elevada sensibilidad, su tiempo de análisis relativamente corto (pocos minutos), y su capacidad para ofrecer valores cuantitativos si es necesario. Además, según el tipo de biosensor, este puede ofrecer resultados en tiempo real, sin necesidad de amplificar señales o de usar marcajes (ya sean por ejemplo fluorescente o colorimétricos). Finalmente es importante destacar su elevada versatilidad en cuanto a la variedad de análisis que puede realizar ya que es posible tener chips sensores con distintos receptores inmovilizados, preparados para diferentes analitos. La OMS estableció unos criterios que deberían proporcionar los dispositivos biosensores portátiles para la detección de enfermedades de transmisión sexual pero que son equiparables a todo tipo de aplicaciones. La directriz es conocida como “Assured” en inglés, e incluye los siguientes criterios: asequibles, sensibles, específicos, fáciles de usar, rápidos y robustos, sin equipos y operables por el usuario final.

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