Ingeniería

Biosensor basado en nanopartículas para detectar hormonas ilegales


En el proyecto, que ha conducido al desarrollo de un primer prototipo de biosensor para detectar estanozolol, han participado también Romain Quidant (ICFO), Mark Kreuzer (CSIC) y Juan-Pablo Salvador (CSIC). Todos ellos forman parte de los grupos de Receptores Moleculares Aplicados (CSIC) y de Dispositivos Nanofotónicos (ICFO).

El nuevo biosensor combina el uso de nanopartículas con biomoléculas. Su funcionamiento se basa en el fenómeno conocido como resonancia de plasmón (PRP, de plasmon resonant particles). Cuando un haz de luz incide sobre nanopartículas de metales nobles, como oro y plata, se produce una oscilación colectiva de los electrones, lo que se traduce en la emisión de luz por parte de las nanopartículas en una determinada zona del espectro visible con un pico a una determinada longitud de onda. En el caso de estas nanopartículas, el color de esa luz emitida depende del tamaño, forma y propiedades de las nanopartículas.

La unión de diferentes biomoléculas a las nanopartículas implicará un cambio en las propiedades de estas nanopartículas, lo que a su vez se reflejará en el cambio de la luz emitida. Este fenómeno se ha aprovechado para detectar reacciones de reconocimiento molecular, empleando bio-receptores como, en este caso, anticuerpos específicamente preparados para reaccionar con el estanozolol.

El prototipo desarrollado se compone de una superficie de óxido de silicio sobre la que se encuentran inmovilizadas y distribuidas de forma homogénea las nanopartículas de oro, las cuales a su vez están unidas a un bioconjugado derivado del estanozolol. Para proceder al análisis, se toma una gota de la muestra, presuntamente contaminada, y se mezcla previamente con un anticuerpo específico (si en la muestra hay hormonas, éstas se unirán al anticuerpo) y se deposita la mezcla sobre la superficie del biosensor.

Si en la muestra no hay estanozolol, el anticuerpo se unirá al bioconjugado que está ligado a las nanopartículas. Al contrario, si en la muestra hay estanozolol, éste se habrá vinculado previamente al anticuerpo específico impidiendo, a su vez, que el anticuerpo se una al bioconjugado. La luz emitida por las nanopartículas se mide con un condensador de campo oscuro y se analiza mediante una cámara y un microespectroscopio, lo que permite determinar la longitud de onda. La luz será diferente en uno u otro caso, y dependiendo de la fracción de anticuerpo que se ha inmovilizado sobre las nanopartículas de oro.

Biosensor nanopartículas hormonas ilegales
Nanopartículas (esferas doradas) con los bio-receptores (en azul) y los anticuerpos (en rojo) atrapando la hormona (triángulos azules). (Foto: R+D CSIC )
El biosensor puede detectar en 20 minutos concentraciones de estanozolol del orden de 6 microgramos por litro (6mg/ L-1), mientras que el sistema convencional más extendido, que se basa en técnicas cromatográficas, necesita de uno a dos días para un análisis. Los investigadores esperan que "futuros trabajos permitirán disminuir todavía más el límite de detección de 6 microgramos y mejorar las condiciones experimentales".

Además, este tipo de configuración podría permitir en el futuro desarrollar dispositivos "multianalito", gracias a la combinación de diferentes biomoléculas en un mismo dispositivo. De esa forma, la detección de la señal emitida individualmente por cada nanopartícula permitiría la detección simultánea de diferentes sustancias en el ámbito agroalimentario o deportivo (como clembuterol, nandrolona o bolasterona). También en el ámbito de la medicina, ya que permitiría el diagnóstico de enfermedades mediante la medida simultánea de diversos parámetros clínicos.

Durante los últimos años las autoridades españolas y europeas han dedicado esfuerzos a desmantelar las redes que distribuyen hormonas anabolizantes. En el ámbito agroalimentario las hormonas anabolizantes se administran de forma ilícita con el objetivo de aumentar la producción de carne, lo que conlleva un riesgo grave para los consumidores. La Unión Europea (UE), tal como establece la Directiva Europea 2003/74/EC, ha prohibido el uso de este tipo de sustancias en animales destinados al consumo humano. Esta prohibición se aplica a todos los estados miembros y a las importaciones procedentes de terceros países como los Estados Unidos o Canadá, donde el uso de estas hormonas sí que está permitido.

En el ámbito deportivo, los andrógenos son utilizados con el objetivo de mejorar el rendimiento atlético y la apariencia física. El estanozolol fue la droga detectada a Ben Johnson después de ganar la medalla de oro de los 100 metros en los Juegos Olímpicos de Seúl en 1988 y en las recientes olimpiadas también se han detectado varios casos. El uso de hormonas androgénicas está prohibido por la Comisión Médica del Comité Olímpico Internacional (COI). En la lista de sustancias prohibidas la Agencia Mundial del control Anti-Doping (WADA) del año 2005 aparecen un total de 48 andrógenos, todos ellos prohibidos fuera y dentro de los periodos de competición.


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