Un equipo de investigación liderado por UCLA ha desarrollado una plataforma de sensor avanzada que permite medir metabolitos, moléculas clave involucradas en el metabolismo, dentro del cuerpo en tiempo real. Estos sensores imitan rutas metabólicas naturales y utilizan herramientas moleculares biológicas, lo que les permite rastrear miles de metabolitos, ampliando significativamente la capacidad de detección más allá de lo que los métodos tradicionales pueden ofrecer.
Avances en la detección de metabolitos
Los metabolitos son compuestos esenciales para las funciones vitales del cuerpo, involucrándose en procesos naturales como la producción de energía y la regulación de la actividad celular. A través del seguimiento de estas moléculas, se puede obtener información crucial sobre la salud, la respuesta a tratamientos y la dinámica de los sistemas biológicos.
Actualmente, los métodos de detección de metabolitos son limitados, ya que muchos dependen de pruebas de laboratorio que ofrecen solo instantáneas y dan cuenta de muestras aisladas. Las pocas opciones disponibles para un monitoreo continuo suelen estar restringidas a la detección de la glucosa en sangre.
Para superar estas limitaciones, el equipo de la California NanoSystems Institute (CNSI) de UCLA ha demostrado, en un estudio reciente publicado en las Proceedings of the National Academy of Sciences, que su tecnología de sensor basada en procesos bioquímicos naturales puede medir de forma continua y fiable múltiples metabolitos a la vez.
Integración de procesos metabólicos naturales
Sam Emaminejad, profesor asociado de ingeniería eléctrica y de computación en UCLA y miembro del CNSI, explicó que se necesitan diferentes grupos de metabolitos para entender cómo estos afectan los procesos biológicos o reflejan la salud. Su enfoque innovador se basa en replicar procesos metabólicos naturales para asegurar su funcionamiento fiable en el organismo.
Los sensores son construidos sobre electrodos hechos de nanotubos de carbono de una sola pared, que funcionan como pequeños laboratorios de bioquímica usando enzimas y cofactores para realizar reacciones similares a las metabólicas. Estas reacciones generan una corriente eléctrica que permite medir los niveles de metabolitos.
Los «sensores basados en reacciones metabólicas en tándem», o TMR, pueden detectar más de 800 metabolitos directamente y, a través de una conversión, llegar hasta más de dos tercios de todos los metabolitos presentes en el cuerpo.
Implicaciones para la salud y la investigación
La capacidad de rastrear una amplia variedad de metabolitos en diferentes entornos biológicos presenta nuevas oportunidades para la salud humana y el descubrimiento científico. Esta tecnología podría transformar el cuidado de los trastornos metabólicos y cardiovasculares, permitiendo diagnósticos precisos y tratamientos personalizados basados en perfiles metabólicos.
En el ámbito del desarrollo de fármacos, los sensores pueden proporcionar información en tiempo real sobre cómo las terapias influyen en las vías metabólicas, desde la evaluación de medicamentos contra el cáncer hasta el seguimiento de la producción de metabolitos bacterianos que optimizan los antibióticos.
Además, estos sensores pueden mejorar procesos industriales al ofrecer retroalimentación continua que aumenta la eficiencia en la producción de productos químicos valiosos.
Un área prometedora que Emaminejad destaca es el potencial de la tecnología para ayudar a desentrañar la conexión entre el intestino y el cerebro, un campo emergente en la investigación biomédica. El equipo se está centrando ahora en adaptar su plataforma para abordar preguntas investigativas no resueltas.
Un futuro prometedor
«Un desafío mayor en entender cómo el intestino y el cerebro influyen mutuamente es capturar cambios a lo largo del tiempo. Una herramienta que rastrea metabolitos de manera continua podría ayudar a revelar esta comunicación bidireccional», comentó Emaminejad.
Los coautores del estudio incluyen a Zongqi Li y Jialun Zhu, estudiantes de posgrado en UCLA, además de otros investigadores prominentes de UCLA y Stanford. La investigación fue financiada por varias organizaciones, incluidos los Institutos Nacionales de Salud y varias fundaciones privadas.
