2.2.1. Introducción a los biosensores

Como consecuencia de la tecnología actual, el diagnóstico de ciertas enfermedades se realiza cuando ya se hallan en estados demasiados avanzados.
El principal instrumento que se emplea, hoy en día, para diagnosticar enfermedades es el biosensor, que permite tanto la detección de sustancias específicas, averiguar la composición o características moleculares de todo tipo de sustancias orgánicas o detectar la presencia de microorganismos en ciertos ambientes.

Se constituye de dos componentes principales:

▣      Un área de detección o reactiva formada por un receptor biológico (anticuerpos, DNA, enzimas...) con la capacidad de unirse a aquellas sustancias que se desean detectar.
▣      Un sistema transductor que procesa y cuantifica la señal (mecánica, eléctrica, óptica...), que se origina al interactuar la sustancia analizada y el elemento encargado del reconocimiento.

La unión e integración de ambos componentes es lo que convierte a los biosensores en unos instrumentos caracterizados por su sensibilidad y selectividad.

La aplicación de los biosensores se produce en una extensa variedad de campos entre los que se incluyen: el medio ambiente, la salud, la biotecnología o el sector alimentario.

Entre los biosensores más comunes se hallan los denominados microarrays o biochips que consisten en una superficie sólida (vidrio, silicio, oro) sobre la que se sitúan cientos o miles de biomoléculas (generalmente oligonucleótidos^[1] o fragmentos de DNA de una sola cadena, conocidos a menudo como ‘sondas’) en determinadas posiciones y concentraciones formando una matriz de dos dimensiones, estando cada una de estas moléculas separadas entre 100 y 150 μm.

La muestra sometida a análisis se marca por diversos métodos (habitualmente con un reactivo fluorescente), de tal modo, que cuando entra en contacto con las moléculas sensoras del biochip se hibridan^[2] a su secuencia homóloga, produciendo una señal fluorescente en esas ubicaciones.
Posteriormente, mediante el empleo de un escáner y herramientas informáticas se analizan e interpretan los datos obtenidos.

Las posibilidades que podemos encontrar a los biochips son innumerables: desde la medicina personalizada (para conocer nuestra mayor o menor propensión a padecer cáncer o enfermedades genéticas específicas), la detección de bacterias contaminantes en alimentos o en el agua, el descubrimiento de mutaciones en virus y bacterias que les hacen resistentes a ciertos medicamentos o examinar la biodiversidad microbiana en ambientes concretos.

Otro ejemplo son los microarrays de proteínas en los que, en lugar de fragmentos de DNA, se anclan a su superficie miles de proteínas funcionalmente activas. Este tipo de instrumentos cuentan con un gran potencial para la investigación básica en biología molecular, la identificación de marcadores de enfermedades y la búsqueda de dianas terapéuticas.

Por último, dentro de la tecnología de los microarrays encontramos los chips de células. Sobre la plataforma de estos detectores se ubican anticuerpos, proteínas o lípidos que van a interactuar con las células, no sólo capturándolas, sino también desencadenando respuestas en ellas, como cambios fenotípicos^[3] o segregando sustancias específicas.
Se emplean en el análisis toxicológico, de agentes patógenos y la identificación de marcadores de enfermedades.

Como puede observarse, los biochips cuentan con una amplísima variedad de aplicaciones, sin embargo, la ciencia continúa evolucionando y ya se están diseñando biosensores con un tamaño menor y más potentes, basándose en las enormes posibilidades que ofrece la nanotecnología.
Estos nuevos sistemas de diagnóstico que cuentan con la gran ventaja, respecto a los biosensores actuales, de detectar las enfermedades en sus fases más tempranas, se dividen esencialmente en dos áreas de actuación: nanosistemas de imagen y nanobiosensores, los cuales serán objeto de estudio en las siguientes entradas de esta sección.

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[1] Secuencia corta de DNA o RNA con cincuenta pares de bases o menos.
[2] Reconocimiento y unión entre moléculas complementarias.
[3] Cambios en aquellos rasgos particulares y genéticamente heredados de cualquier organismo que lo hacen único e irrepetible en su especie. 

Fuentes: Informe de vigilancia tecnológica: nanomedicina. Fundación para el conocimiento madri+d. CEIM. José Manuel González, Marta López, 
              Gema Ruiz.
              Fundación española para la ciencia y la tecnología (FECYT). Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente 
              y la tecnología del futuro, 2009.
              http://www.definicionabc.com/ciencia/fenotipo.php
              http://www.blogdefarmacia.com/biosensores-tecnologia-para-la-salud/
              http://www.pharmatutor.org/articles/applications-of-biosensors-technology-future-trends-development-and-new-intervation-in-                                   biotechnology?page=0,1
              http://www.slideshare.net/ManjuAnshika/biosensor-dr-manju-jha
              http://www.sensorsmag.com/specialty-markets/medical/strong-growth-predicted-biosensors-market-7640