Luis Liz-Marzan, Catedrático de Química Física de la U. de Vigo
Los biosensores buscan la forma de identificar la presencia de una sustancia a través de cambios en alguna señal, habitualmente una propiedad física (el transductor), utilizando biomoléculas como elemento de reconocimiento. En los biosensores convencionales, se produce una señal que es proporcional a la concentración de las moléculas a detectar, por lo que a bajas concentraciones pierden sensibilidad y pueden sufrir interferencias de otras moléculas. En aplicaciones biomédicas, como puede ser la detección de marcadores tumorales, la capacidad de diferenciar de forma fiable entre la ausencia del marcador y una concentración a nivel de trazas puede resultar crítico para diagnosticar la presencia del cáncer en las primeras etapas de la enfermedad, cuando las posibilidades de aplicar una terapia correctiva son más elevadas.
En un trabajo en colaboración entre el grupo de Luis Liz-Marzán en la Universidad de Vigo y el de Molly Stevens en Imperial College, se ha desarrollado un nuevo biosensor que permite la detección de moléculas en concentraciones al menos 10 veces más bajas que en los mejores ensayos existentes hasta la fecha, lo cual se ha demostrado a través de la detección del anticuerpo específico de la próstata (PSA).
Los elementos clave en el diseño del nuevo biosensor son las llamadas nanoestrellas de oro, sintetizadas en el grupo de la Universidad de Vigo por métodos de química coloidal, con tamaños del orden de 50 nm. Estas nanoestrellas son particularmente eficientes para acomodar plasmones superficiales localizados, es decir, oscilaciones coherentes de los electrones de conducción en resonancia con un haz de luz incidente. La geometría de las nanoestrellas hace que la frecuencia de resonancia de los plasmones sea extremadamente sensible a cambios que tengan lugar en la superficie de las mismas. Sobre esta base, se ha unido a la superficie de las nanoestrellas la enzima glucosa oxidasa (GOx), que actúa como biocatalizador para reducir iones plata presentes en disolución. A bajas concentraciones de GOx, los átomos de plata procedentes de la reducción se depositan de tal forma que se crece una capa de plata uniforme sobre cada una de las nanoestrellas (ver figura). Esto provoca un desplazamiento de la resonancia del plasmón de las nanoestrellas hacia menores longitudes de onda (hacia el azul). Sin embargo, cuando la concentración de GOx es más elevada, la plata formada cristaliza a mayor velocidad y forma núcleos en disolución, dando lugar a un desplazamiento mucho menos pronunciado de la longitud de onda de resonancia. Por lo tanto la medida de la resonancia de plasmón antes y después de la adición de GOx proporciona una medida muy sensible de su concentración.
El siguiente paso es usar el nanosensor para medir la concentración de una biomolécula de interés, como el PSA. Para ello, primero se cubre la superficie de las nanoestrellas con un anticuerpo que atrapa PSA de la disolución y a continuación se añade un segundo anticuerpo unido a GOx que reconoce el PSA adsorbido. Finalmente, la presencia de GOx inicia la etapa de reducción de la plata y da lugar al desplazamiento de la banda de resonancia de plasmón, que se registra con un espectrofotómetro.
Esta sencilla técnica ha permitido detectar PSA hasta concentraciones del orden de 10–18 g/mL, es decir, una concentración mil millones de veces más diluida que el límite de los ensayos por inmunoabsorción ligados a enzimas (ELISA) que se usan habitualmente en los hospitales. La importancia de una detección de PSA tan sensible radica en la posibilidad de detector la presencia de este marcador tumoral después de una operación de cáncer de próstata, lo cual indicaría la reaparición del cáncer. Además, este ensayo se puede adaptar a la detección de otras enfermedades en etapas muy tempranas.
