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2022-12-22Un novedoso biosensor basado en grafeno permite la detección ultrasensible del virus de la hepatitis C

CSIC |Un equipo internacional con investigadores del CSIC ha patentado la tecnología, que permite localizar proteínas del virus y podría utilizarse con otros patógenos

Un equipo internacional con participación del CSIC ha logrado construir y validar un novedoso biosensor para la detección ultrasensible del virus de la hepatitis C (VHC). Este dispositivo se basa en transistores con grafeno que permite detectar proteínas clave del virus. Los resultados de esta investigación acaban de ser publicados en la revista Biosensors and Bioelectronics y la patente internacional de la invención ya está solicitada.

Tal y como explican los grupos de investigación, que han estado liderados por José Ángel Martín Gago, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC, los biosensores basados ​​en transistores con grafeno "se han convertido en una herramienta prometedora para detectar una amplia gama de moléculas (analitos)". Hasta ahora su rendimiento no era tan eficaz como se necesita, pero el trabajo conjunto de estos equipos ha dado con una novedosa solución: "utilizamos un método físico controlado, basado en tecnologías de vacío, para la funcionalización covalente del grafeno con una pequeña molécula que se une a la molécula sonda (en este caso, un aptámero) permitiendo la detección del analito deseado. De esta forma hemos logrado construir  aptasensores ultrasensibles capaces de detectar una proteína clave del VHC", explica Irene Palacio, también del ICMM y coordinadora del trabajo.

"El aptasensor ha demostrado tener una sensibilidad extremadamente alta para la detección en plasma sanguíneo humano de esta proteína, perteneciente a los genotipos 1 al 4 del virus, en los que se agrupan el 95% de las infecciones ", continúa la investigadora. Los resultados del estudio han dado lugar a un biosensor que no solo es muy sensible y estable, sino que proporciona resultados en pocos minutos, se puede reutilizar y es de bajo coste.

Carlos Briones, del Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA, explica que la detección de este virus es esencial: "se trata de un patógeno de gran relevancia clínica, pues es la principal causa de la hepatitis C crónica y uno de los principales desencadenantes del cáncer de hígado. En cuanto a su prevalencia, se estima que aproximadamente 100 millones de personas en el mundo viven con VHC y se producen unos cuatro millones de nuevas infecciones cada año".

En este contexto, el aptasensor desarrollado "detecta específicamente la proteína del VHC llamada core, que entre otras funciones es la responsable de formar la cápsida del virus", señala Briones, destacando que, además, esta tecnología recién desarrollada "puede extenderse a distintos tipos de patógenos, como otros virus con genoma de ARN o ADN, bacterias, hongos o parásitos".

Para conseguir el dispositivo se han desarrollado y combinado tres líneas de investigación complementarias: biología molecular, nanotecnología y microelectrónica. Por una parte, en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) se han obtenido mediante evolución in vitro, y se han caracterizado funcionalmente, aptámeros de ADN con alta afinidad y especificidad frente a la proteína core del virus de la hepatitis C.

En paralelo, en el ICMM se ha desarrollado un protocolo de funcionalización covalente de grafeno, que se caracteriza por ser altamente estable y mantener las propiedades singulares de este material. Finalmente en el Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL) de Braga (Portugal), se han construido plataformas biosensoras basadas en transistores tipo sgfet de grafeno. Además, el estudio ha sido complementado por el Instituto de Física (Academia Checa de Ciencias) con un desarrollo teórico que explica el mecanismo de detección del sensor.

"Nuestra tecnología aprovecha estas líneas de investigación de forma sinérgica, permitiéndonos desarrollar un dispositivo aptasensor de grafeno con efecto campo (sgfet)", defiende Palacio. "Su característica principal e innovadora es la alta estabilidad, reproducibilidad y sensibilidad de la medida, capaz de detectar concentraciones muy bajas (en el rango attomolar, 10-18 molar) de la proteína core del VHC", continúa la investigadora, que coincide con Briones en destacar la "gran aplicabilidad" de su invención en los campos de la biotecnología y la biomedicina. Por todo ello, los autores se muestran abiertos a colaboraciones con otros grupos de investigación básicos o clínicos, así como con el sector privado interesado en licenciar y explotar la patente.  


Referencia científica: 

Irene Palacio, Miguel Moreno, Almudena Náñez, Agnes Purwidyantri, Telma Domingues, Patrícia D. Cabral, Jérôme Borme, Marzia Marciello, Jesús Ignacio Mendieta-Moreno, Beatriz Torres-Vázquez, José Ignacio Martínez, María Francisca López, Mar García-Hernández, Luis Vázquez, Pavel Jelínek, Pedro Alpuim, Carlos Briones, José Ángel Martín-Gago. Attomolar detection of hepatitis C virus core protein powered by molecular antenna-like effect in a graphene field-effect aptasensor. Biosensors and Bioelectronics. DOI: 10.1016/j.bios.2022.115006

CSIC
Autor
CSIC

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