Periódico Alma Máter

Nanobiosensor conectado a un equipo de bolsillo con lectura a través de un teléfono celular. Fotografía: Alejandra Uribe Fernández.

La detección precoz del cáncer de colon puede determinar la supervivencia de un paciente. El seguimiento de la enfermedad a escala nano —1 000 veces más pequeño que una célula que puede verse con un microscopio— puede dar una proyección certera sobre su evolución, etapa y la efectividad de la aplicación de un tratamiento determinado, con lo cual se facilita la toma de decisiones médicas relacionadas con el bienestar, la optimización de las dosis y su aplicación.

Este es el eje central del desarrollo de nanosensores electroquímicos que permiten detectar marcadores tumorales — moléculas que indican la presencia de cáncer de colon—  con un equipo de bolsillo, fruto de la participación del Grupo Tándem Max Planck en Nanobioingeniería de la Universidad de Antioquia en el marco del programa interinstitucional Colombia Científica —ver recuadros—.

«En la escala de lo nano, la materia toma otras propiedades: si era conductora, se vuelve más conductora; si era termorresistente, se vuelve más resistente; si tenía propiedades magnéticas a escala macro, en lo nano se potencian. Trabajar en esta escala nos permite una optimización del estudio y aprovechamiento de las moléculas interesantes para la vida, como son proteínas, péptidos, hebras de ADN y anticuerpos», explicó Jahir Orozco Holguín, fundador y líder del Grupo.

Estos nanosensores se estudian in vitro, es decir, fuera del cuerpo. Son unos chips de unos cuantos centímetros —la proporción es variable— en los que se incorporan los componentes nano. Son portátiles, económicos, se podrían utilizar en centros de salud e incluso, en un futuro, pueden llegar a ser una estrategia para que las personas puedan hacer seguimiento a su patología desde casa.

Puntos cuánticos de grafeno para modificar el chip y ensamblar el nanobiosensor. Fotografía Alejandra Uribe Fernández.

Colombia Científica es un programa interinstitucional en el que participan diferentes grupos de investigación de varias universidades del país. De la Universidad de Antioquia hacen parte el Laboratorio de Investigación en Polímeros —Lipol— y el de Química Orgánica de Productos Naturales, adscritos a la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, también dos grupos de la Escuela de Nutrición y Dietética. Estos trabajan en síntesis de híbridos de moléculas que, posteriormente, el equipo de MaxPlack encapsula, para mejorar su solubilidad, direccionamiento y proporcionar una alternativa de protección de la vida del paciente; entre otros temas.

Los biomarcadores —sustancias o distintivos biológicos— detectados por este grupo de investigación se utilizan para reconocer procesos carcinogénicos, con una evidente ventaja respecto al tiempo, como lo explica Orozco Holguín: «A veces los biomarcadores se sobreexpresan. Esto puede aprovecharse para predecir, con diez años de antelación, cuándo un paciente va a desarrollarlo y esta es una ventaja inconmensurable, tanto para el paciente como para los médicos».

El seguimiento de una enfermedad a una escala tan diminuta también puede mejorar la precisión con la que se determina cómo un paciente evoluciona ante una terapia contra cáncer y, más aún, optimizar la aplicación de un medicamento. En ese sentido, otras líneas de investigación del grupo son las interacciones entre patógenos y hospederos, y el encapsulamiento de principios activos, como los utilizados en los medicamentos.

En esta última línea de trabajo se evidencia una optimización de dosis de medicamentos y su distribución: «A través del encapsulamiento puedo direccionar de manera controlada el principio activo hacia una célula o tejido enfermo, con lo cual se mejora la eficiencia de la intervención terapéutica porque se garantiza que vaya a determinado tejido o célula objetivo, evitando que cause efectos adversos a otras células», explicó Orozco Holguín, quien ha investigado la escala nano desde 2004, cuando realizó su doctorado en Química en la Universidad de Barcelona.

Síntesis de nanoparticulas para encapsular principios activos. Fotografía: Alejandra Uribe Fernández.

Los nanobiosensores se desarrollan en el grupo con nanomateriales que permiten la detección de biomarcadores tumorales a muy bajas concentraciones. «Los nanomateriales que utilizamos mejoran las propiedades eléctricas de los biosensores, permitiendo una detección rápida y ultrasensible de los biomarcadores tumorales», declaró Danilo Echeverri Hincapié, estudiante de doctorado en Ciencias Químicas e investigador del grupo Max Planck.

Aunque han focalizado su trabajo específicamente en el cáncer de colon, los investigadores aseguran que pueden detectar biomarcadores para cualquier patología, y desarrollar sensores específicos para cada una de las mismas. Fue así como en 2016 crearon un genosensor para detección del zika y en 2021 para el SARS-CoV-2.

«Los estudios en el Programa NanoBioCáncer, que hace parte de Colombia Científica, llegarán hasta una fase de investigación preclínica. En estos momentos la expectativa y nuestro mayor reto, en el cual está focalizado todo nuestro esfuerzo, es probar los nanobiosensores en una corte de pacientes diagnosticados con cáncer de colon y detectar simultáneamente un panel de biomarcadores a diferente nivel molecular -biomarcadores genómicos y proteómicos, principalmente- que permita un diagnóstico temprano de la enfermedad», indicó Echeverri Hincapié.

En 1965 el físico Richard Feynman, quien hoy se nombra padre de la nanotecnología, comenzó a estimular a la comunidad científica de su época para que observaran la nanoescala, ya que sospechaba que allí había otros mundos. Sin embargo, fue en 2000 cuando ocurrió el boom de estudiar la materia a escala nanométrica. En Colombia el grupo Max Planck de la Universidad de Antioquia lidera estos estudios.