Nuevas tecnologías para la búsqueda de microbios

La Organización Mundial de la Salud (OMS) enmarca la meningitis bacteriana entre las diez enfermedades más infecciosas del mundo. Considerada una de las patologías infecciosas más graves en pediatría, su mayor incidencia se registra en el África subsahariana, en el llamado
“cinturón de la meningitis”, que va desde Senegal hasta Etiopía.

Con consecuencias graves e incluso mortales, las bacterias Neisseria meningitidis y Streptococus pneumonia son responsables del 80% de los casos de meningitis. La enfermedad puede ocasionar importantes daños cerebrales, por lo que un diagnóstico y tratamiento adecuados son esenciales para prevenir lesiones neurológicas permanentes.

Un diagnóstico precoz sólo es posible a través del uso de tecnologías muycaras y demasiado complejas para utilizarse fuera de los hospitales. El proyecto europeo Raptadiag trata de salvar estos obstáculos desarrollando una prueba de diagnóstico rápida, fácil de usar y barata
para la meningitis bacteriana.

Expertos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en colaboración con investigadores de Suiza (Davos Diagnostics AG) y Dinamarca (Jonsman Innovation ApS) y con una financiación de la Unión Europea de dos millones de euros, trabajan en este proyecto que ya ha dado como fruto el desarrollo de tres tecnologías innovadoras.

Morten Geday, profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación
de la UPM y coordinador de Raptadiag, explica que los resultados obtenidos les han hecho ampliar el campo de aplicación del proyecto hacia la detección de un espectro mucho más grande de bacterias, en contextos tan variados como la cadena alimentaria, los recursos hídricos o el aire acondicionado.

Diagnóstico rápido de la meningitis bacteriana

Desde su comienzo en 2011, el primer objetivo del proyecto es desarrollar un dispositivo portátil con un chip de diagnóstico para la meningitis bacteriana, para usar tanto en hospitales como en lugares remotos donde los recursos son limitados. Hoy en día, el diagnóstico de esta enfermedad se establece a partir de una analítica general, hemocultivos y punción lumbar. Las tecnologías creadas por los investigadores de Raptadiag permiten realizar pruebas más rápidas (minutos en lugar de horas o días) y más baratas (unos pocos euros), reduciendo además la posibilidad de diagnóstico erróneo y el abuso de antibióticos.

La prueba se basa en el uso de sensores que utilizan aptámeros para reconocer las bacterias patógenas. Estas pequeñas moléculas de ADN (los aptámeros) se pueden unir a moléculas “diana”, lo que permite explotar sus propiedades de reconocimiento molecular en aplicaciones terapéuticas. Estas moléculas poseen una alta afinidad y especificidad hacia el antígeno deseado o “blanco”, y ofrecen ventajas en relación con los anticuerpos: su capacidad de regeneración, su estabilidad a temperatura ambiente, el abaratamiento de sus costes de producción o su capacidad para ser “marcadas”.

“El ADN es una molécula muy estable,lo que significa que el sensor puede almacenarse mucho más fácilmente que los anticuerpos, que están hechos de proteínas y por tanto requieren un almacenamiento más controlado”, explica Morten Geday. Asimismo, el bajo precio de los aptámeros permite elevar el número de receptores que se depositan en el área activa del sensor, incrementando la sensibilidad sin comprometer el coste total del sensor.

Hasta el momento, los investigadores han desarrollado tres tecnologías diferentes de sensores que emplean aptámeros como receptores. La primera de ellas, Evanescent Sensor, es la adaptación de la tecnología de biosensores actual, usando receptores aptámeros en vez de los anticuerpos. “Este sensor representa una vanguardia en la tecnología disponible actualmente para las pruebas de inmunoensayo”, indica el investigador de la UPM.

Las otras dos tecnologías, más experimentales, son un biosensor de resonancia microacústica (MRS) y otro basado en cristal líquido (LCS). “El desafío era demostrar que es posible desarrollar sensores con la sensibilidad necesaria y el potencial para la detección de células individuales”, destaca Geday. El primero de ellos incluye una alta densidad de aptámeros, reduciendo su límite de detección hasta un sólo microorganismo, lo que constituye el límite de detección final.

En cuanto al segundo, el “LCS” se basa en la interrupción que las bacterias a detectar generan en la ordenación molecular intrínseca del cristal líquido. “Esta tecnología, protegida mediante patente, abre el camino para un método de detección cualitativa muy sencillo y barato, que permite la inspección visual con lectores en miniatura o, incluso, cámaras de teléfonos móviles”, señala Geday.

Detección de patógenos: más allá de la bacteria de la meningitis

Ambas tecnologías se desarrollarán en un único chip desechable de diagnóstico desechable. Los investigadores quieren generar dos tipos de unidades de detección: una versión de laboratorio, para su uso en hospitales, y otra portátil para utilizarla en zonas remotas y entornos
de bajos recursos. “El énfasis está en la sencillez y robustez de uso y el compromiso con los requisitos off-grid, utilizando sólo una cantidad mínima de energía, sin acceso a fuentes de datos (Internet) y con una autonomía de al menos 12 horas”, explica el investigador de la UPM.

Desde una perspectiva clínica, la herramienta generada en el proyecto Raptadiag pretende llenar un vacío en el diagnóstico de la meningitis bacteriana. “Un diagnóstico fácil y rápido mejorará la posibilidad de frenar las epidemias a tiempo”, afirman los investigadores.

Más allá del objetivo inicial, los sensores desarrollados tienen enorme potencial. Los investigadores comprobaron que las tecnologías desarrolladas tienen un impacto significativo en la detección de patógenos bacterianos en un gran número de contextos, en particular en la cadena alimentaria, los recursos hídricos o en unidades de aire acondicionado.

De igual modo, estas tecnologías pueden allanar el camino para nuevos medios de detección de patógenos humanos en saliva o en otros fluidos corporales. Por ejemplo, el LCS puede formar parte de un kit de prueba, similar a un kit estándar de embarazo, para detectar microbios en un gran número de contextos, especialmente los relacionados con la alimentación y salud pública. Por su parte, el MRS ha demostrado ser el sensor más sensible hasta la fecha en la detección de líquidos, con lo que se abre un amplio abanico de aplicaciones en microbios y detección molecular.

Desde el punto de vista comercial, afirma el investigador, las tecnologías creadas necesitan un socio industrial y la financiación necesaria para su desarrollo productivo. “Teniendo en cuenta la actual situación económica de España, es poco probable que podamos encontrar financiación para crear una spin-off y, por tanto, la tecnología debe ser transferida a una entidad existente. Junto a la Oficina de Transferencia de Tecnología de la Universidad Politécnica de Madrid, comenzaremos a buscar socios potenciales interesados en estas tecnologías”, anuncia.

El proyecto ha superado las expectativas de los participantes. Su aplicación social dependerá, en gran medida, de la aceptación que presente en el sector médico. “Va a ser muy difícil que nuestro primer producto terminado, el Evanescent Sensor, tenga un impacto significativo inmediato, aunque esperamos que a largo plazo (de tres a cinco años), su uso esté generalizado en los hospitales, proporcionando una herramienta más rápida y fácil para la detección de un gran número de agentes patógenos y otros objetivos biológicos”,
concluye.