Javier Fernandez. Curs 2009-2010.
Los campos que abarca la biotecnología son muy extensos, sus áreas de investigación pasan por la biomedicina, la agricultura, la industria o el medio ambiente.
Sin embargo, dentro de la propia biotecnología existe una pequeña rama de investigación que parece ser tan extensa, en cuanto a variedad, como la biotecnología misma. Hablo de los biosensores.
Un biosensor no es más un aparato que permite medir componentes químicos y biológicos. Consta de tres partes: sensor, transductor y detector.
Para explicar su funcionamiento, conceptualmente, puedo utilizar como símil el del ojo humano.
Algunos ejemplos de biosensores (aunque no se los conozca como tales) muy populares son los test de embarazo o el medidor de glucosa con el que un diabético comprueba su nivel de azúcar.
Si le echamos un poco de imaginación, podemos imaginar que algunas de las aplicaciones de los biosensores pasan también por el análisis de potabilidad de una fuente de agua, el nivel de alcohol en sangre, el nivel de contaminación del agua de una playa…, y dentro de este gran abanico de posibilidades, se encuentra nuestro protagonista principal: un biosensor para el cáncer.
¿Cómo funciona? El grupo que lo ha desarrollado (en el departamento de química de la facultad de ciencias de la Universidad de los Emiratos Árabes) se ha basado en la detección del ácido siálico libre en muestras de sangre y suero fisiológico. Según ellos se trata del primer biosensor dedicado a esta función.
El biosensor se construyó a partir de la co-inmovilización de dos enzimas: ácido N-acetilneuramínico aldolasa (NANAaldolasa) y la piruvato oxidasa (PO), en una membrana microporosa la cual estaba montada en un disco electrodo de platino. La reacción es, esquemáticamente, la siguiente:
Químicamente, el proceso consiste en que la NANAaldolasa transforma el ácido siálico en piruvato, que después es transformado por la PO en varias sustancias entre las que se encuentra el agua oxigenada (H2O2). Es la concentración del agua oxigenada lo que mide el detector.
Técnicamente, el detector (disco de platino) medirá gracias a una serie de electrodos, por amperometría, la cantidad de agua oxigenada que hay en la muestra gracias al potencial redox de dicha agua oxigenada.
Realmente, el mecanismo no es excesivamente complicado, ni química ni tecnológicamente hablando, ahora bien, aún no he comentado la relación entre el ácido siálico y el cáncer, y eso, es importante ¿no?.
Aquí, hay que ir más despacio. Veamos:
En primer lugar, el ácido siálico es el término general de una familia de 43 derivados del ácido neuraminico, De los 43, los más abundantes son el ácido N-glicoil-neruramínico y el ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac), y de estos dos, el de mayor presencia en los humanos es el Neu5Ac, en fluidos tales como la saliva, el jugo gástrico o la leche humana y por supuesto en la sangre. Por tanto, pasa a ser nuestra diana particular. Ya sabemos dónde debe apuntar nuestro biosensor.
El Neu5Ac juega un papel clave en el transporte y unión de moléculas de carga positiva, debido a su gran carga negativa y a su elevada acidez, por lo que se encuentra como componente esencial en muchos receptores de la superficie celular.
Sin embargo, el mayor interés de este ácido radica en que se le ha considerado un biomarcador, es decir, su presencia permite confirmar la existencia de alguna sustancia específica o incluso enfermedad como ciertos tipos de cánceres. Concretamente en el cáncer de páncreas, pulmón, próstata, hígado, ovario, colon e incluso en el de tiroides, se han encontrado elevadas concentraciones de ácido siálico.
Por si fuera poco, se ha correlacionado el nivel de SA con el tamaño del tumor, si se encuentra en metástasis y el estado clínico avanzado en pacientes con carcinoma celular escamoso en cabeza y cuello.
Con independencia del cáncer, los niveles elevados de ácido siálico también han sido encontrados en enfermedades como la diabetes (de tipo I y II) y enfermedades cardiovasculares.
Sabido esto, podemos concluir que si el biosensor nos permite detectar la concentración de ácido siálico, nos permite identificar la presencia de diversas enfermedades, entra las que se encuentra el cáncer. En este caso, además de la presencia del tumor, nos permitirá identificar el tamaño del mismo y el estadio en que se encuentra (si ha comenzado la metástasis o no).
Sin embargo, no es oro todo lo reluce. El ácido siálico no sólo existe libre en el cuerpo humano, sino que también se encuentra asociado a otras moléculas por lo que, ya no parece ser tan exacto nuestro biosensor. … Ante este pequeño contratiempo, el equipo de desarrollo ha propuesto una solución. Añadir al proceso una tercera enzima (sialidasa o neuraminidasa) con la misión (o mejor dicho, capacidad) de romper las uniones del ácido siálico con otras moléculas.
Esta nueva opción permite ampliar el rango de medida de nuestro biosensor contemplando además el ácido siálico que inicialmente se encontraba unido a otras moléculas.
Bueno, de momento esta solución está dando unos resultados esperanzadores, aunque habrá que seguir experimentando para ver si aparecen nuevos “problemillas” o “peros”. Por ahora la cosa pinta bien.
Sin embargo, existe un pequeño matiz a tener en cuenta. El hecho de que el ácido siálico este asociado a tantas enfermedades hace que de momento sea simplemente un complemento de otras pruebas, ya que es lógico pensar que sin una base (que a partir de otra prueba se crea que el paciente tenga cáncer) no se pueda asociar un nivel alto de ácido siálico a una enfermedad concreta (no sabremos si las altas concentraciones se deben a un cáncer o a una enfermedad cardiovascular, ni tampoco donde se encuentra el tumor, tan sólo su presencia…). Consecuentemente, se constituye como un complemento de las actuales pruebas, facilitando el diagnostico del cáncer con menores costes y riesgos para el paciente.
En cualquier caso, estamos sin duda ante un nuevo paso al frente en la búsqueda de nuevas pruebas diagnósticas para una enfermedad, por desgracia, muy extendida.
A mí al menos, me parece, cuanto menos, un sistema muy prometedor.
Referencias Bibliográficas:
Los campos que abarca la biotecnología son muy extensos, sus áreas de investigación pasan por la biomedicina, la agricultura, la industria o el medio ambiente.
Sin embargo, dentro de la propia biotecnología existe una pequeña rama de investigación que parece ser tan extensa, en cuanto a variedad, como la biotecnología misma. Hablo de los biosensores.
Un biosensor no es más un aparato que permite medir componentes químicos y biológicos. Consta de tres partes: sensor, transductor y detector.
Para explicar su funcionamiento, conceptualmente, puedo utilizar como símil el del ojo humano.- Los ojos reciben una señal (el sensor, que en este caso detecta una determinada sustancia).
- Esta señal pasa a través del nervio óptico (el transductor, que pasa la información del sensor al detector) hasta el cerebro.
- En el cerebro vemos la imagen (el detector, que es quien mostrara la presencia de manera cualitativa y/o cuantitativa de dicha sustancia).
Algunos ejemplos de biosensores (aunque no se los conozca como tales) muy populares son los test de embarazo o el medidor de glucosa con el que un diabético comprueba su nivel de azúcar. Si le echamos un poco de imaginación, podemos imaginar que algunas de las aplicaciones de los biosensores pasan también por el análisis de potabilidad de una fuente de agua, el nivel de alcohol en sangre, el nivel de contaminación del agua de una playa…, y dentro de este gran abanico de posibilidades, se encuentra nuestro protagonista principal: un biosensor para el cáncer.
¿Cómo funciona? El grupo que lo ha desarrollado (en el departamento de química de la facultad de ciencias de la Universidad de los Emiratos Árabes) se ha basado en la detección del ácido siálico libre en muestras de sangre y suero fisiológico. Según ellos se trata del primer biosensor dedicado a esta función.
El biosensor se construyó a partir de la co-inmovilización de dos enzimas: ácido N-acetilneuramínico aldolasa (NANAaldolasa) y la piruvato oxidasa (PO), en una membrana microporosa la cual estaba montada en un disco electrodo de platino. La reacción es, esquemáticamente, la siguiente:
Químicamente, el proceso consiste en que la NANAaldolasa transforma el ácido siálico en piruvato, que después es transformado por la PO en varias sustancias entre las que se encuentra el agua oxigenada (H2O2). Es la concentración del agua oxigenada lo que mide el detector.
Técnicamente, el detector (disco de platino) medirá gracias a una serie de electrodos, por amperometría, la cantidad de agua oxigenada que hay en la muestra gracias al potencial redox de dicha agua oxigenada.
Realmente, el mecanismo no es excesivamente complicado, ni química ni tecnológicamente hablando, ahora bien, aún no he comentado la relación entre el ácido siálico y el cáncer, y eso, es importante ¿no?.
Aquí, hay que ir más despacio. Veamos:
En primer lugar, el ácido siálico es el término general de una familia de 43 derivados del ácido neuraminico, De los 43, los más abundantes son el ácido N-glicoil-neruramínico y el ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac), y de estos dos, el de mayor presencia en los humanos es el Neu5Ac, en fluidos tales como la saliva, el jugo gástrico o la leche humana y por supuesto en la sangre. Por tanto, pasa a ser nuestra diana particular. Ya sabemos dónde debe apuntar nuestro biosensor.
El Neu5Ac juega un papel clave en el transporte y unión de moléculas de carga positiva, debido a su gran carga negativa y a su elevada acidez, por lo que se encuentra como componente esencial en muchos receptores de la superficie celular.
Sin embargo, el mayor interés de este ácido radica en que se le ha considerado un biomarcador, es decir, su presencia permite confirmar la existencia de alguna sustancia específica o incluso enfermedad como ciertos tipos de cánceres. Concretamente en el cáncer de páncreas, pulmón, próstata, hígado, ovario, colon e incluso en el de tiroides, se han encontrado elevadas concentraciones de ácido siálico.
Por si fuera poco, se ha correlacionado el nivel de SA con el tamaño del tumor, si se encuentra en metástasis y el estado clínico avanzado en pacientes con carcinoma celular escamoso en cabeza y cuello.
Con independencia del cáncer, los niveles elevados de ácido siálico también han sido encontrados en enfermedades como la diabetes (de tipo I y II) y enfermedades cardiovasculares.
Sabido esto, podemos concluir que si el biosensor nos permite detectar la concentración de ácido siálico, nos permite identificar la presencia de diversas enfermedades, entra las que se encuentra el cáncer. En este caso, además de la presencia del tumor, nos permitirá identificar el tamaño del mismo y el estadio en que se encuentra (si ha comenzado la metástasis o no).
Sin embargo, no es oro todo lo reluce. El ácido siálico no sólo existe libre en el cuerpo humano, sino que también se encuentra asociado a otras moléculas por lo que, ya no parece ser tan exacto nuestro biosensor. … Ante este pequeño contratiempo, el equipo de desarrollo ha propuesto una solución. Añadir al proceso una tercera enzima (sialidasa o neuraminidasa) con la misión (o mejor dicho, capacidad) de romper las uniones del ácido siálico con otras moléculas.
Esta nueva opción permite ampliar el rango de medida de nuestro biosensor contemplando además el ácido siálico que inicialmente se encontraba unido a otras moléculas.
Bueno, de momento esta solución está dando unos resultados esperanzadores, aunque habrá que seguir experimentando para ver si aparecen nuevos “problemillas” o “peros”. Por ahora la cosa pinta bien.
Sin embargo, existe un pequeño matiz a tener en cuenta. El hecho de que el ácido siálico este asociado a tantas enfermedades hace que de momento sea simplemente un complemento de otras pruebas, ya que es lógico pensar que sin una base (que a partir de otra prueba se crea que el paciente tenga cáncer) no se pueda asociar un nivel alto de ácido siálico a una enfermedad concreta (no sabremos si las altas concentraciones se deben a un cáncer o a una enfermedad cardiovascular, ni tampoco donde se encuentra el tumor, tan sólo su presencia…). Consecuentemente, se constituye como un complemento de las actuales pruebas, facilitando el diagnostico del cáncer con menores costes y riesgos para el paciente.
En cualquier caso, estamos sin duda ante un nuevo paso al frente en la búsqueda de nuevas pruebas diagnósticas para una enfermedad, por desgracia, muy extendida.
A mí al menos, me parece, cuanto menos, un sistema muy prometedor.
Referencias Bibliográficas:
- Marzouk, S. A., Ashraf, S. S., and Tayyari, K. A. 2007. Prototype amperometric biosensor for sialic acid determination. Anal Chem 79 (4):1668-1674.
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