Cómo la tecnología de biosensores cambia nuestras vidas y el mundo de la medicina
- Veronica Lovera
- 28 jul 2023
- 7 Min. de lectura
Este conjunto de artículos se centrará en el revolucionario impacto de la tecnología de biosensores en nuestras vidas y en el mundo de la medicina. Exploraremos el pasado, los avances y la situación actual de esta innovadora categoría de dispositivos médicos, así como su impacto en nuestra sociedad global y las prometedoras perspectivas de futuro que ofrece. Desde la detección de los niveles de glucosa en pacientes diabéticos hasta la monitorización de las constantes vitales críticas en entornos médicos, los biosensores han transformado la forma en que los profesionales sanitarios toman decisiones clínicas y cómo los pacientes gestionan sus dolencias. |
Un biosensor es un dispositivo que detecta procesos biológicos o químicos produciendo señales proporcionales a la concentración de un analito en la reacción. Los biosensores se utilizan en aplicaciones como la monitorización de enfermedades, el descubrimiento de fármacos y la detección de contaminantes, microorganismos causantes de enfermedades y marcadores de enfermedades en fluidos corporales (sangre, orina, saliva y sudor). La figura 1 representa un biosensor convencional, que incluye los siguientes componentes[1].
Analito: Material de interés que debe ser identificado. La glucosa, por ejemplo, es un "analito" en un biosensor diseñado para detectar glucosa.
Biorreceptor: Un biorreceptor es una molécula que identifica específicamente al analito. Los biorreceptores incluyen enzimas, células, aptámeros, ácido desoxirribonucleico (ADN) y anticuerpos. El biorreconocimiento se refiere al proceso de creación de señales (en forma de luz, calor, pH, cambio de carga o masa, etc.) que se produce cuando un biorreceptor interactúa con un analito.
Transductor: Un transductor es un elemento que transfiere un tipo de energía a otro. El transductor en un biosensor convierte el evento de biorreconocimiento en una señal cuantificable. Este proceso de conversión de energía se denomina señalización. La mayoría de los transductores proporcionan señales ópticas o eléctricas que son proporcionales al número de interacciones analito-biorreceptor.
Electrónica: La parte de un biosensor que procesa y prepara la señal transducida para su visualización. Se compone de complicados circuitos eléctricos que proporcionan funciones de acondicionamiento de la señal, como la amplificación y la conversión de la señal de analógica a digital. A continuación, la unidad de visualización del biosensor cuantifica las señales procesadas.
Visualizador: Una pantalla es un sistema de interpretación del usuario, como la pantalla de cristal líquido de un ordenador o una impresora directa, que crea números o curvas que el usuario puede comprender. Este componente suele ser una mezcla de hardware y software que ofrece resultados de biosensores fáciles de usar. Dependiendo de las necesidades del usuario final, la señal de salida en la pantalla puede ser numérica, visual, tabular o una imagen. [1]
Figure 01: Schematic representation of a biosensor [1]
Los biosensores funcionan en los pacientes detectando y midiendo reacciones biológicas o químicas en el organismo. Pueden utilizarse para controlar diversas condiciones de salud, como los niveles de glucosa en sangre, la frecuencia cardíaca y la tensión arterial. Los biosensores también pueden utilizarse para detectar enfermedades como el cáncer y la diabetes.
Los biosensores ofrecen una amplia gama de aplicaciones que pretenden mejorar la vida de las personas. Esta categoría incluye aplicaciones como la vigilancia del medio ambiente, la detección de enfermedades, la seguridad alimentaria, la defensa, el desarrollo de fármacos y muchas más. Uno de los usos más comunes de los biosensores es la detección de biomoléculas que son marcadores de enfermedades u objetivos terapéuticos. Los métodos de biosensado electroquímico, por ejemplo, pueden utilizarse como herramientas clínicas para identificar biomarcadores proteínicos del cáncer.
Figure 02: Application of Biosensor
Existen dos tipos principales de biosensores: electroquímicos y ópticos. Los biosensores electroquímicos utilizan una corriente eléctrica para medir la concentración de una sustancia en el cuerpo. Los biosensores ópticos utilizan la luz para medir la concentración de una sustancia.
Los biosensores pueden utilizarse de diversas formas para controlar a los pacientes. Pueden implantarse en el cuerpo, adherirse a la piel o ingerirse. Los biosensores implantados son los más precisos, pero también los más invasivos. Los biosensores adheridos son menos precisos, pero más cómodos para los pacientes. Los biosensores ingeridos son los menos precisos, pero los más cómodos. [2]
Figure 03: Electrochemical & Optical Biosensors based on multifunctional MXene nanoplatforms
¿Cómo controlarán estos sensores a los pacientes, les suministrarán medicamentos, etc.?
Los biosensores también pueden utilizarse para liberar medicamentos de forma controlada. Pueden utilizarse para administrar medicamentos a una parte concreta del cuerpo o a una hora determinada.
He aquí algunos ejemplos de cómo pueden utilizarse los biosensores para controlar a los pacientes y liberar medicamentos:
Se podría implantar un biosensor en el cuerpo para controlar los niveles de glucosa en sangre. Si los niveles de glucosa en sangre empiezan a bajar, el biosensor podría liberar una pequeña dosis de insulina para mantener los niveles en un rango seguro.
Se podría colocar un biosensor en la piel para controlar la frecuencia cardiaca. Si el ritmo cardíaco empieza a aumentar, el biosensor podría liberar una pequeña dosis de betabloqueantes para reducirlo.
Se podría ingerir un biosensor para detectar la presencia de bacterias en el intestino. Si se detectan bacterias, el biosensor podría liberar una pequeña dosis de antibióticos para combatir la infección.
Control del ritmo cardíaco: Los biosensores se utilizan para controlar la frecuencia cardiaca en pacientes con afecciones cardiacas. Esto permite a los médicos hacer un seguimiento de la salud cardiaca del paciente y ajustar su medicación según sea necesario. [3]
Control de la tensión arterial: Los biosensores se utilizan para controlar la presión arterial en pacientes con hipertensión. Esto permite a los médicos hacer un seguimiento de la presión arterial del paciente y ajustar su medicación según sea necesario.
Detección del cáncer: Se están desarrollando biosensores para detectar el cáncer en una fase temprana. Esto podría ayudar a mejorar las posibilidades de éxito del tratamiento. [2]
Figure 04: Electrochemical Biosensors for the Analysis of Breast Cancer Biomarkers
¿Cómo utilizarán esta información los profesionales médicos?
Los profesionales médicos utilizarán la información de los biosensores de diversas maneras. Pueden utilizar esta información para:
Diagnosticar enfermedades: Los biosensores pueden utilizarse para detectar la presencia de moléculas específicas, como bacterias o virus. Esta información puede utilizarse para diagnosticar enfermedades y hacer un seguimiento de la eficacia del tratamiento. [1]
Monitorizar pacientes: Los biosensores pueden utilizarse para controlar los niveles de distintas sustancias en el organismo, como la glucosa, los electrolitos y las hormonas. Esta información puede utilizarse para hacer un seguimiento de la salud de un paciente y ajustar su tratamiento según sea necesario.
Administrar medicación: Los biosensores pueden utilizarse para administrar medicamentos de forma controlada. Pueden utilizarse para administrar medicación a una parte específica del cuerpo o para liberarla en un momento determinado. [3]
Prevención de complicaciones: Los biosensores pueden utilizarse para controlar a los pacientes y detectar posibles problemas en una fase temprana. Esto puede ayudar a prevenir la aparición de complicaciones.
Mejorar la calidad de vida: Los biosensores pueden utilizarse para mejorar la calidad de vida de los pacientes con enfermedades crónicas. Por ejemplo, los biosensores pueden utilizarse para controlar los niveles de glucosa en sangre de las personas con diabetes, de modo que puedan ajustar su ingesta de insulina y evitar peligrosos picos y caídas en los niveles de azúcar en sangre. [6]
¿En qué beneficiará a nuestra salud y felicidad? ¿Qué repercusiones tendrá en la medicina?
Los biosensores controlados a distancia pueden mejorar significativamente nuestra salud y bienestar de varias maneras:
Detección precoz y prevención: Los biosensores controlan continuamente los indicadores vitales y proporcionan datos en tiempo real sobre los cambios en los parámetros de salud. Esto permite la detección precoz de posibles problemas de salud, lo que posibilita la intervención oportuna y la prevención de la progresión de la enfermedad. Al identificar cambios sutiles en los indicadores, los biosensores pueden alertar a las personas y a los profesionales sanitarios para que tomen las medidas necesarias antes de que la enfermedad empeore, lo que mejora los resultados y reduce los costes sanitarios. [5]
Medicina personalizada: Los biosensores proporcionan datos detallados e individualizados sobre el estado de salud de una persona. Estos datos pueden analizarse para adaptar los planes de tratamiento y las intervenciones a las necesidades específicas, lo que da lugar a una medicina personalizada. Teniendo en cuenta el perfil de salud único de cada persona, incluidas las respuestas fisiológicas, la adherencia a la medicación y los factores relacionados con el estilo de vida, los profesionales sanitarios pueden optimizar los enfoques de tratamiento, garantizando la atención más eficaz y específica. [2]
Gestión de enfermedades crónicas: Los biosensores monitorizados a distancia desempeñan un papel crucial en la gestión de enfermedades crónicas. En el caso de personas con afecciones como diabetes, enfermedades cardiovasculares o trastornos respiratorios, los biosensores proporcionan una vigilancia continua de indicadores clave. Esto permite una mejor gestión de la adherencia a la medicación, la identificación precoz de exacerbaciones o complicaciones y la intervención oportuna. Al facilitar la monitorización proactiva y la autogestión, los biosensores permiten a las personas tomar el control de su salud y tomar decisiones informadas. [2]
Monitorización remota de pacientes: Los biosensores permiten la monitorización remota de los pacientes, lo que permite a los profesionales sanitarios controlar su estado de salud sin necesidad de frecuentes visitas en persona. Esto es especialmente beneficioso para las personas con movilidad limitada, las que viven en zonas rurales o remotas, o los pacientes que requieren un seguimiento a largo plazo. La monitorización remota reduce la carga de trabajo de los centros sanitarios, mejora el acceso a la asistencia y aumenta el confort y la comodidad del paciente.
Mayor eficiencia de la asistencia sanitaria: Los biosensores monitorizados a distancia agilizan los procesos sanitarios automatizando la recogida, el análisis y la comunicación de datos. Los profesionales sanitarios pueden acceder a los datos de los pacientes en tiempo real, lo que reduce la necesidad de llevar registros manuales y permite tomar decisiones a tiempo. Esto mejora la eficiencia, reduce el riesgo de errores y permite a los profesionales sanitarios asignar recursos de forma más eficaz[4].
Conclusiones: En la actualidad, los biosensores moleculares in vitro se utilizan ampliamente en el diagnóstico biomédico, así como en otras muchas aplicaciones, como la terapia en el punto de atención y el seguimiento de la progresión de enfermedades, la vigilancia medioambiental, el control alimentario, el descubrimiento de fármacos, la medicina forense y la investigación biomédica. Los dispositivos biosensores requieren la colaboración de varias disciplinas y se basan en aspectos muy distintos, como la investigación de las interacciones de los elementos de biorreconocimiento con los analitos biomoleculares, la inmovilización de biomoléculas en superficies sólidas, el desarrollo de químicas superficiales antiincrustantes, el diseño y fabricación de dispositivos, la integración de la biología con los dispositivos, la microfluídica, la electrónica en chip, el envasado, las técnicas de muestreo, etcétera.
La investigación futura deberá centrarse en dilucidar el mecanismo de interacción entre nanomateriales y biomoléculas en la superficie de electrodos o nanofilms, así como en aprovechar características únicas para crear una nueva generación de biosensores. No obstante, los biosensores basados en nanomateriales muestran grandes perspectivas atractivas, que se aplicarán ampliamente en el diagnóstico clínico, el análisis de alimentos, el control de procesos y la vigilancia medioambiental en un futuro próximo.
Sobre la Autora:
Maheen Javed, M.D. se graduó como doctora en medicina en 2020 con experiencia en investigación médica, redacción médica y otras áreas diversas en el campo de la medicina. Actualmente ejerce en un hospital y trabaja como redactora e investigadora médica profesional, escribiendo artículos técnicos sobre una amplia variedad de temas del ámbito médico, como salud mental, diabetes, salud de la mujer, investigación sobre el cáncer, psiquiatría, neurología, cirugía y salud mental.
Sobre el traductor/editor:
Brian Hoy tiene más de 20 años de experiencia en el sector de los dispositivos médicos y la creación de empresas, apoyando el ciclo de vida completo con alcance mundial. Brian es consultor de la industria y ofrece asesoramiento general y apoyo fuera del horario laboral.
Fuentes bibliográficas:
2. Bergveld P. Development of an ion-sensitive solid-state device for neurophysiological measurements. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1970;1(7):70–71. doi: 10.1109/TBME.1970.4502688.
3. Yoo E.H., Lee S.Y. Glucose biosensors: an overview of use in clinical practice. Sensors. 2010;10:4558–4576. doi: 10.3390/s100504558.
4. Liedberg B., Nylander C., Lunström I. Surface plasmon resonance for gas detection and biosensing. Sens. Actuators. 1983;4:299–304. doi: 10.1016/0250-6874(83)85036-7.
7. Jolly P., Formisano N., Estrela P. DNA aptamer-based detection of prostate cancer. Chem. Pap. 2015;69:77–89. doi: 10.1515/chempap-2015-0025.
PUB0014SP
Commenti