El biosensor combina estructuras micromecánicas de silicio con nanopartículas de oro, ambas funcionalizadas con anticuerpos específicos al p24. Al final del inmunoensayo, el p24 es atrapado a modo sándwich entre las nanopartículas de oro y las estructuras micromecánicas de silicio. Las nanopartículas de oro presentan resonancias ópticas conocidas como plasmones capaces de dispersar la luz con mucha eficiencia y se han convertido en una de las estructuras que más interés han despertado en la última década en el campo de la óptica. Las estructuras micromecánicas son excelentes sensores mecánicos capaces de detectar interacciones tan pequeñas como las fuerzas intermoleculares. La combinación de estas 2 estructuras produce señales mecánicas y ópticas para detectar el p24, que se amplifican la una a la otra produciendo una extraordinaria sensibilidad.

La tecnología, patentada por el CSIC, está siendo además aplicada para la detección precoz de algunos tipos de cáncer. “El chip en sí mismo, la parte física, es el mismo para las pruebas de VIH que para la de los biomarcadores de cáncer. Lo que cambia es la parte química, la solución que colocamos para que reaccione según lo que estamos buscando. Por eso, nuestro trabajo fundamental se centra en desarrollar aplicaciones para esta nueva tecnología“, señala el investigador del CSIC Javier Tamayo, que trabaja en el Instituto de Microelectrónica de Madrid.

“El biosensor usa estructuras que se fabrican con tecnologías bien establecidas en microelectrónica, lo cual permite su producción a gran escala y a bajo coste. Esto unido a su simplicidad lo podrían convertir en un buen candidato para ser usado en países en vías de desarrollo“, detalla Tamayo.

¿Cómo funciona el biosensor?

El experimento se inicia incubando sobre el sensor un mililitro de suero humano durante una hora a 37 °C para permitir la unión de los antígenos p24 de HIV-1, si los hubiera, a los anticuerpos de captura ubicados en la superficie del sensor. Tras esto se vuelve a incubar, pero en este caso con nanopartículas de oro, a 37 °C durante 15 minutos para el marcaje de las proteínas p24 capturadas.

Finalmente, el material resultante se somete a un enjuague para eliminar las partículas que no se han unido. “El tiempo total del ensayo es de 4 horas y 45 minutos. Es realmente rápido, por lo que, para confirmar el diagnóstico se podría incluso repetir las pruebas y los resultados clínicos podrían estar el mismo día del control médico. Los resultados son estadísticamente significativos y podrían adaptarse a los requerimientos médicos“, detalla el investigador del CSIC.

Los sistemas de detección de VIH

La infección aguda por virus de la inmunodeficiencia humana se define como el tiempo desde la adquisición del virus hasta la seroconversión, es decir, la aparición de anticuerpos detectables para el VIH en la sangre. En la actualidad existen 2 formas para detectar el VIH en sangre. La infección puede ser diagnosticada mediante la detección en sangre de ARN viral por las pruebas de amplificación de ácidos nucleicos, o al detectar p24 con los inmunoensayos de cuarta generación.

El primer método, basado en la detección en sangre de ARN viral, presenta un límite de detección de 20 a 35 copias de ARN por mililitro, es decir, una concentración que típicamente ocurre 2 semanas después de la adquisición del VIH. En el segundo método, durante los inmunoensayos de cuarta generación, se alcanza un límite de detección de p24 de 10 picogramos por mililitro, una concentración alcanzada aproximadamente 3 o 4 semanas después de la infección.

“Esta nueva tecnología es capaz de detectar p24 en concentraciones hasta 100 mil veces inferiores que la última generación de inmunoensayos aprobados y 100 veces inferiores que los métodos de detección en sangre de ARN viral. Esto reduce la fase indetectable después de la infección a solo una semana“, señala la investigadora del CSIC Priscila Kosaka, del Instituto de Microelectrónica de Madrid.

Detección del VIH en sangre

La duración de la etapa entre el contagio y la seroconversión es de aproximadamente 4 semanas. La detección temprana del VIH es crucial para la mejora de la salud del individuo. Los cambios progresivos se producen después de la adquisición del VIH, como el agotamiento irreversible de los linfocitos CD4 en el intestino, la replicación en el sistema nervioso central y el establecimiento de reservorios latentes de VIH.

“El potencial de infectividad del VIH en la primera etapa del contagio es mucho mayor que en etapas posteriores. Por tanto, el inicio de la terapia antirretroviral antes de la seroconversión mejora el control inmunológico y se ha asociado con beneficios en el recuento de células CD4, reducción de la inflamación sistémica, preservación de la función cognitiva y reducción del reservorio latente. Por motivos lógicos, su detección es crítica para la prevención de la transmisión del VIH“, detalla Kosaka.

Esta tecnología, está patentada por el CSIC y licenciada a la empresa Mecwins, una spin-off del CSIC creada en 2008 por Javier Tamayo y Montserrat Calleja. Esta spin-off posee además 3 patentes fruto del trabajo de este equipo del CSIC. La investigación actual cuenta con financiación de la Asociación Española contra el Cáncer.

Referencias

1. Priscila M. Kosaka, Valerio Pini, Montserrat Calleja y Javier Tamayo. Ultrasensitive detection of HIV-1 p24 antigen by a hybrid nanomechanical-optoplasmonic platform with potential for detecting HIV-1 at first week after infection. PLOS ONE. 
2. Kosaka, P. M.; Pini, V.; Ruz, J.; Da Silva, R.; González, M.; Ramos, D.; Calleja, M.; Tamayo, J., Detection of cancer biomarkers in serum using a hybrid mechanical and optoplasmonic nanosensor. Nature Nanotechnology 2014, 9 (12), 1047-1053. 
3. Patente ES2553027 A1. Tamayo de Miguel, Francisco Javier; Monteiro Kosaka, Priscila; Pini, Valerio; Calleja, Montserrat; Ruz Martínez, José Jaime; Ramos Vega, Daniel; González Sagardoy, María Ujué. System for biodetection applications.