Diseñan un sensor que detecta en suero sanguíneo neurotransmisores implicados en enfermedades degenerativas

Un equipo de investigadores de la Universidad de Cádiz, en colaboración con la Universidad de Sousse (Túnez), ha desarrollado un dispositivo químico, de tamaño nanométrico, que identifica la presencia o ausencia de neurotransmisores implicados en el desarrollo de enfermedades degenerativas. Para ello, combina nanopartículas de oro sintetizadas a partir de extractos de hojas de pino, tecnología de ultrasonidos y un sensor electroquímico que detecta estas sustancias claves en el diagnóstico de patologías neurológicas.

En concreto, este dispositivo registra en muestras de suero sanguíneo los niveles de dopamina y serotonina, compuestos químicos que actúan como biomarcadores en enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y algunos tipos de cáncer. Con un bajo consumo energético para su fabricación, funciona de manera similar a un glucómetro, es decir, mide los niveles de estos dos compuestos que actúan como mensajeros cerebrales y que, posteriormente, requiere la interpretación médica de un profesional sanitario.

Equipo de investigación de la Universidad de Cádiz responsable de este estudio.

Para desarrollar el nanosensor, los expertos han realizado en el laboratorio dos procesos paralelos aplicando principios de economía circular durante sus diferentes fases.

Por un lado, han utilizado las acículas de pino, hojas puntiagudas de estos árboles conocidas comúnmente como pinochas. A partir de ellas, los expertos han obtenido un extracto acuoso que se emplea, posteriormente, para sintetizar nanopartículas de oro, haciendo uso en ambos procesos de la tecnología de ultrasonidos de alta energía. Con dichas nanopartículas metálicas obtenidas de estos residuos vegetales, el sensor detecta, en muestras de suero humano, concentraciones de dopamina y serotonina.

Tanto el proceso de obtención del extracto como el de síntesis de nanopartículas de oro y de fabricación del transductor electroquímico, un dispositivo que transforma una señal química en una corriente eléctrica’, están basados en tecnologías respetuosas con el medio ambiente. La metodología desarrollada les ha permitido obtener nanopartículas de oro de pequeño tamaño. “Compuestos con un diámetro reducido, en concreto inferior a 100 nanómetros, lo que equivale a la diezmilésima parte de un milímetro o similar al virus de la Covid19, potencian la sensibilidad del sensor durante la identificación simultánea de los neurotransmisores y la precisión a la hora de registrar los niveles de cada uno”, detalla a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Cádiz, José María Palacios Santander, uno de los autores principales del estudio.

Oro metálico sintetizado empleando ‘pinochas’

Para sintetizar las partículas de oro a partir de las acículas, los investigadores recogieron las hojas que habían caído de los pinos (pinochas), las lavaron, trituraron y sometieron a técnicas de ultrasonidos para romper las células y separar sus diferentes compuestos.

Acículas de pino, conocidas como pinochas, empleadas en este trabajo.

Este procedimiento, ya aplicado en estudios previos por los expertos con restos de hojas de geranio y residuos de vinificación (orujos), transforma una sal de oro soluble en oro metálico y lo convierte en partículas de tamaño nanométrico altamente reactivas. “Cuando la disolución de color amarillo adopta un tono rojizo sabemos que se han formado las nanopartículas de oro y tenemos que determinar su tamaño. Las más pequeñas presentan mayor reactividad y son más eficaces”, matiza este experto.

Tras este paso, los expertos caracterizaron las partículas de unos 50 nanómetros, un tamaño 1400 veces inferior al grosor de un cabello humano, mediante técnicas de microscopía electrónica, con las que obtuvieron imágenes de las mismas. Depositaron las nanopartículas sobre un electrodo Sonogel-Carbono, es decir, un material que funciona como un transductor electroquímico. Junto con las nanopartículas de oro, y en contacto con las muestras de suero, el dispositivo se activa determinando y cuantificando las concentraciones de sustancias químicas presentes en la muestra analizada.

Como explican en el artículo titulado ‘Application of a Sonogel-Carbon electrode modified with gold nanoparticles synthesized through a green technique and pine leaf extract for the simultaneous determination of neurotransmitters’ y publicado en la revista RSC Advances, los investigadores realizaron pruebas in vitro con muestras reales de suero sanguíneo humano de sangre donada voluntariamente para este estudio con el objetivo de comprobar la viabilidad del sensor. “Los ensayos en el laboratorio mostraron una precisión y fiabilidad cercanas al 100% en aplicaciones prácticas”, señala el investigador de la Universidad de Cádiz.

Alta sensibilidad y bajo coste

Además de su alta capacidad para detectar concentraciones extremadamente bajas de dopamina y serotonina, el consumo energético de este sensor es inferior al de una bombilla LED. “También se puede reutilizar de forma recurrente puliendo la superficie del electrodo y depositando de nuevo las nanopartículas de oro. De hecho, hemos probado que se pueden realizar varios miles de medidas con un mismo electrodo. Y a ello se le suma un coste económico muy bajo, en torno a 15 céntimos de euro por dispositivo”, apostilla el investigador de la Universidad de Cádiz.

Nanopartículas de oro soluble obtenidas de los extractos de las hojas de pino.

El siguiente paso del grupo de investigación ‘Instrumentación y Ciencias Ambientales’, perteneciente al Instituto de Investigación en Microscopía Electrónica y Materiales (IMEYMAT) de la Universidad de Cádiz, se centra en la miniaturización del dispositivo con el objetivo de integrarlo en sistemas portátiles capaces de realizar mediciones en tiempo real, sin necesidad de extracción de sangre. “Estamos estudiando cómo insertar el sensor en una cápsula o un parche similar a los sensores de glucosa que utilizan las personas con diabetes para medir el azúcar en sangre”, avanza la investigadora de la Universidad de Cádiz, Laura Cubillana Aguilera, coautora del estudio.

Este estudio ha contado con financiación de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y la Universidad de Cádiz a través de la convocatoria Grupos de Investigación ‘PAIDI, 2022 y 2023’; del Ministerio de Enseñanza Superior e Investigación Científica de Túnez, la Agencia Estatal de Investigación (Ministerio de Ciencia e Innovación: PID2021-122578NBI00, MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER) y fondos FEDER ‘Una manera de hacer Europa’.

Reportaje iDescubre: De hojas de pino a nanopartículas de oro: un sensor que abre nuevas vías para detectar el Alzheimer y el Parkinson

Referencias

Asma Blel, Juan José García Guzmán, Laura Cubillana Aguilera, José Maria Palacios Santander y Chérif Dridi: ‘Application of a Sonogel-Carbon electrode modified with gold nanoparticles synthesized through a green technique and pine leaf extract for the simultaneous determination of neurotransmitters’. RSC Advances, 2025, 15, 41582-41596.

DOI: 10.1039/d5ra04658k.

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