EL FUTURO DE LA MEDICINA: LOS BIOSENSORES

¿QUÉ ES UN BIOSENSOR?

Los biosensores, también conocidos como sensores biológicos, son instrumentos que, mediante procesos fisicoquímicos, nos permiten controlar variables biológicas específicas. Aunque no siempre sucede, suelen combinar elementos biológicos y físicos químicos.

Los biosensores, que son pequeños dispositivos analíticos, surgieron en los años sesenta cuando Clark y Lyons propusieron la inmovilización de una capa enzimática sobre detectores eléctricos, creando así el primer "electrodo enzimático".

Estos biosensores se están convirtiendo cada vez más en los sustitutos de una amplia gama de técnicas analíticas porque permiten análisis rápidos, directos y confiables. Además, están siendo cada vez más utilizados en la medicina, el medio ambiente y la industria en general.

¿POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES EN EL FUTURO DE LA MEDICINA?

El uso de herramientas que permiten a un médico realizar un diagnóstico es crucial en la práctica médica. Uno o varios estudios de laboratorio deben realizarse para investigar cada patología. Estos estudios proporcionan información valiosa que, en muchas ocasiones, ayudan a diagnosticar, determinar el tratamiento y/o determinar el pronóstico del paciente. El sistema de salud ha necesitado desarrollar nuevas tecnologías más económicas y rápidas de utilizar debido a los altos costos del equipamiento, la necesidad de personal calificado para la realización e interpretación de estudios y el tiempo que a menudo se requiere para su realización.

Esto se puede ver claramente en los biosensores, que son dispositivos que utilizan reacciones biológicas particulares mediadas por enzimas, inmunosistemas, tejidos, organelos o células para identificar compuestos químicos mediante señales eléctricas térmicas u ópticas. Los biosensores miden de forma directa y continua, son baratos, permiten detecciones cuantitativas de bajísimas concentraciones, se pueden integrar en un sistema de control.

ALGUNOS EJEMPLOS DE BIOSENSORES DE USO MÉDICO COMÚN:

• El termómetro de mercurio y demás termómetros modernos.

• Las pruebas de embarazo para el hogar.

• La prueba rápida para detectar estreptococos, infecciones como la gripe, el VIH, o virus de inmunodeficiencia humana y la hepatitis C.

• Monitores de oxígeno en sangre.

• Monitores de glicemia.

• Monitores de frecuencia cardíaca.

• Monitores de tensión arterial.

¿CÓMO ESTÁN HECHOS ESTOS BIOSENSORES?

Un sensor puede ser considerado ideal por una variedad de razones, aunque cada uso puede requerir características específicas. Los biosensores deben ser pequeños, baratos, fáciles de transportar, capaces de ser utilizados e interpretados por personas sin experiencia, tener una alta sensibilidad y especificidad, ser precisos y mantener sus características después de múltiples usos, tener una resolución adecuada y una velocidad de respuesta adecuada.

Cada biosensor está compuesto por al menos tres partes:

1. Sensor biológico: primero, debe haber un componente biológico capaz de reconocer de manera selectiva al analito deseado. Este elemento biológico debe permanecer inmovilizado, ser específico para el analito y permanecer estable en las condiciones de uso y almacenamiento. Nos referimos a cualquier tipo de sustancia viva que tenga la capacidad de responder ante un mal concreto. Por lo tanto, un mismo sensor biológico no es válido para cualquier tipo de sensor biológico, ya que su uso depende de la amenaza que se busca combatir. Un cultivo de microorganismos o un grupo de enzimas pueden servir como sensores biológicos.

2. Transductor: en segundo lugar, se requiere un transductor físico químico que pueda convertir el cambio físico químico en una señal fácil de medir. Coge los datos del sensor biológico y permite que el detector produzca resultados precisos.

3. Detector: y por último, el resultado del análisis realizado por el dispositivo se comunica a través del detector de un biosensor. Este debe tener un procesador que pueda amplificar y procesar la señal registrada para que sea utilizada como información útil. Puede ser térmico, visual o de otro tipo, pero lo importante es que nos dice exactamente lo que queremos saber.

¿QUÉ TIPOS DE BIOSENSORES EXISTEN? ¿HAY UNA CLASIFICACIÓN?

Efectivamente, existen muchos tipos de biosensores, y tres clasificaciones distintas: según el tipo de biosensor, según el tipo de transductor y según el uso.

Según el tipo de biosensor: es posible distinguir tres categorías principales según la base del biomaterial que se utilizará para identificar al analito en estudio.

1. Los biosensores enzimáticos: se utiliza un biocatalizador enzimático que transforma los análisis en productos cuantificables.

2. Los biosensores de afinidad: estos pueden detectar oligonucleótidos o anticuerpos. Ambos son completamente compatibles con el analito, ya sea por medio de una sonda de ADN o por la presencia de una reacción antígeno- anticuerpo.

3. Los biosensores basados en células: que utilizan células o microorganismos para detectar a sus analitos.

Según el tipo de transductor: se clasifican en cinco categorías:

1. Los transductores electroquímicos: los cuales convierten la interacción analítica y biológica en una señal eléctrica.

2. Los de tipo potenciométrico: estos miden nivel de voltaje, los amperométricos miden la intensidad de la corriente, los impedométricos la impedancia y los conductimétricos miden la conductividad registrada.

3. Los transductores ópticos: que tienen una función común: medir las variaciones en las propiedades de la luz.

4. Los transductores piezoeléctricos: son medidos por cambios directos de masa provocados por la formación del complejo antígeno-anticuerpo.

5. Los transductores termométricos: por último, pero no menos importante, los transductores termométricos pueden detectar el calor producido por reacciones enzimáticas exotérmicas.

Según su uso: en la práctica médica existen muchos tipos, pero entre los más importantes encontramos cuatro categorías:

1. Los "weareables", es decir, los que los pacientes usan constantemente. Algunos incluso pueden ser colocados debajo de la piel. Estos biosensores pueden permanecer bajo la piel durante meses o años. Pueden cambiar químicamente para controlar varias funciones corporales. Una aplicación en el teléfono puede recopilar toda esta información y compartirla con el médico, el cuidador o cualquier otra persona que desee.

2. En segundo lugar, aquellos que se emplean para la detección o detección rápida de enfermedades comunes, como los exámenes desechables del VIH o de Covid.

3. En tercer lugar, aquellos que buscan el automonitoreo de diferentes variables que permiten a los pacientes empoderarse y mejorar sus controles diarios de parámetros, como la glicemia en pacientes diabéticos.

4. Finalmente, aquellos que buscan llevar a cabo inspecciones médicas, como las relacionadas con los alimentos.

UNA VISTA AL FUTURO

Los biosensores son una innovación científica notable que ha cambiado la forma en que se detectan agentes infecciosos y se controlan ciertos parámetros esenciales en la medicina. Se ha pasado de llevar a cabo investigaciones microbiológicas que requerían tiempo, personal capacitado y maquinaria costosa a emplear dispositivos innovadores que son más sensibles, rápidos y económicos. Los biosensores que son completamente reversibles y regenerables y que pueden funcionar in situ en muestras complejas y que son biocompatibles para la operación in vivo serán el foco del estudio futuro.

El surgimiento de nuevas tecnologías como los nanosensores y los "wearables" indica que los avances en este campo de la ciencia seguirán ocurriendo en los próximos años, lo que significa que el diagnóstico precoz y el seguimiento de pacientes serán cada vez más fáciles, cómodos, confiables y económicos. Los avances en otros campos, como la biología molecular, las tecnologías de la información, los biomateriales, la microelectrónica y la biotecnología, también contribuyeron a los avances en la investigación en biosensores.

Los biosensores se están incorporando rápidamente a nuestras rutinas de salud cotidianas. Las nuevas tecnologías de sensores mejoran la salud. Los futuros biosensores son el objetivo de los investigadores. Estos biosensores tienen el potencial de mejorar la salud de maneras que aún no podemos concebir.

Sobre la autora: 

Verónica Lovera Rojas se graduó como doctora en medicina en 2022 con especialización en las áreas de cirugía y ginecología. Ha trabajado los últimos 8 años como escritora médica e investigadora, escribiendo artículos técnicos sobre una amplia variedad de temas en el campo médico. Actualmente ejerce en un hospital y trabaja como redactora médica profesional.

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

Lechuga, L. M., & De Lorenzo, V. El uso de biosensores en medicina y medio ambiente. Csic.es.

https://digital.csic.es/bitstream/10261/43117/1/Publicaciones%20%20no%20%2014%20%20El%20uso%20de%20biosensores.pdf

Hernán, C. R., & Lorena, B. D. Uso de biosensores en la práctica médica. Edu.uy.

http://www.nib.fmed.edu.uy/seminario_ib/2019/Uso%20de%20biosensores%20en%20la%20pr%C3%A1ctica%20m%C3%A9dica%20(2019)%20Monograf%C3%ADa%20Hern%C3%A1n%20Castillo.pdf

Biosensores y su salud. Los Institutos Nacionales de Salud.

https://salud.nih.gov/recursos-de-salud/nih-noticias-de-salud/biosensores-y-su-salud

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