La contaminación por fluoruro, plomo y pesticidas es común en nuestro entorno. A pesar de lo habitual que son estos tipos de contaminantes, su medición dentro del ámbito real resulta especialmente difícil. Esta dificultad radica en el elevado coste que representa el equipo necesario. Por lo tanto, los medios de los que se disponen permiten realizar comprobaciones sencillas en laboratorio pero revierten en complejidad al trasladarse a un medio natural.
Se han desarrollado biosensores que reducen el coste de medición. A través de biosensores celulares, se ha abierto la puerta a realizar mediciones en un entorno natural de forma más económica. Sin embargo, esta innovación también presenta dificultades. Muestra de ello es la necesidad de proteger los componentes que forman el sensor de aquellas sustancias presentes en las muestras.
Biosensor de fluoruro
Un equipo investigador ha desarrollado una forma de proteger el sensor. Miembros de la Universidad Northwestern, están llevando a cabo el diseño de una plataforma de sensores. El dispositivo en cuestión será capaz de identificar tanto materiales ambientales como biológicos en muestras tomadas en un entorno real.
Un ribointerruptor fue la clave para identificar la manera de proteger el sensor. A través de un ribointerruptor fijado durante la composición de un biosensor de fluoruro, los investigadores apreciaron su capacidad para proteger al sensor. La innovación tuvo lugar al apreciar que es posible proteger el sensor y llevar a cabo la operación de forma aproximada al comportamiento de las células al realizar su encapsulación en una membrana de grasa.
Un ribointerruptor fue esencial para alcanzar la protección del sensor
Además de proteger el sensor, los investigadores pudieron regular el rendimiento. Como parte de la investigación, además de observar la protección del sensor, observaron su capacidad de ajuste. A través de la modificación de la composición y penetrabilidad de la membrana, pudieron regular y ajustar de una mayor forma el rendimiento del sensor.
Existe una falta de diseñar sistemas que nos permitan recabar datos químicos. Esta es la idea que apunta Julius Lucks, miembro del estudio. Como apunta el investigador, existen fórmulas para recoger una larga serie de datos, como por ejemplo mediante el uso de aplicaciones de salud. Sin embargo, no existe esa amplia gama de posibilidades para el campo de los productos químicos, lo cual ofrecería grandes posibilidades para el estudio.
Recabar datos sobre productos químicos sería de gran utilidad en el campo de la investigación
La importancia de la inclusión de membranas en el estudio
El ARN y el papel que desempeña en las células abre la puerta a futuras aplicaciones. El laboratorio de Lucks también trabaja en el estudio de la respuesta de los sistemas moleculares ante los cambios ambientales. Para ello, utiliza el estudio del ARN y su función dentro de las células. En esencia, analizan de qué forma el ARN permite a las células detectar los cambios que se producen en el ambiente.
El diseño ofrece una alternativa a bajo coste. Como señala Lucks, la biología sintética libre de células, donde a través de sistemas biomoleculares se activa la maquinaria biológica, prescindiendo así de células vivas, es económica. El sensor creado, hace uso de extractos de células bacterianas para aumentar las reacciones de expresión génica. Este tipo de reacciones son las que permiten obtener resultados apreciables en tan solo unos minutos y sin requerir un coste elevado.
El sensor diseñado utiliza extractos de células bacterianas para aumentar las reacciones de la expresión génica
Al conocimiento de Lucks, se le unió una experta en membranas. Al tener conocimiento de la investigación, la profesora Neha Kamat, versada en membranas de ingeniería, ofreció una mejora a Lucks. Kamat planteó una mejora del sistema de tubos de ensayo a través de una membrana con dos capas.
El uso de ARN ha ofrecido resultados a tener en cuenta. Como apunta Kamat, a través de su experiencia en laboratorio trabajando con lípidos, pudieron ofrecer su conocimiento para elaborar estructuras parecidas a las células. De esta forma, se halló una manera óptima para salvaguardar la integridad de los sensores en los que trabajaba Lucks. La profesora Kamat investiga habitualmente con lípidos que tienen como fin la encapsulación del ARNm en la administración de productos farmacéuticos.
Kamat aplicó su experiencia en materia de lípidos para elaborar estructuras parecidas a células
Futuro de la investigación
La escalabilidad del diseño fue un problema al que se enfrentaron los investigadores. Anteriormente se había probado a introducir el sensor dentro de una membrana. Sin embargo, en estos intentos el sistema no funcionó de forma adecuada debido a la dificultad hallada para escalar el modelo. Sin embargo, en esta investigación, el equipo modificó la salida genética del sensor para que fuera apreciable a simple vista.
La encapsulación del sensor es imprescindible ante un escenario real. Es decir, para que el sensor desarrolle su función correctamente en lugares como un canal de agua residual, debe estar protegido. Como resultado, esta investigación podría ser de gran ayuda para múltiples campos de actuación.
La encapsulación del sensor es necesaria para poder llevar las pruebas a un entorno real
La investigación representa un punto de inicio para futuras investigaciones. En palabras de Lucks, el estudio representa el inicio desde el que se abre la puerta a la inclusión de sensores en un número mayor de materiales. Un ejemplo de ello son los materiales de tipo “inteligente”, que puedan alterar sus propiedades.
Los investigadores pusieron en fluoruro como objetivo. La decisión de definir el fluoruro como centro fue causada por la existencia de una molécula de ARN natural que es capaz de identificarlo. De esta forma los investigadores pudieron elaborar un modelo más sencillo. Sin embargo, a pesar de que por ahora el uso del sensor parece acotado, el equipo contempla amplias aplicaciones futuras.
Una molécula de ARN natural capaz de identificar el fluoruro fue el determinante para establecer el objetivo
Conclusión
La investigación ofrece posibilidades incluso dentro del cuerpo humano. En el futuro, podrían utilizarse en la detección de moléculas pequeñas en el cuerpo humano y, posteriormente, recuperar el sensor por la orina. Otra aplicación sería la medición de niveles nitrato en la tierra y también sería de utilidad para el control de la escorrentía. En resumen, la investigación abre camino a numerosos campos de aplicación donde esta innovación puede encontrar una gran utilidad.
