Desarrollan biosensor para detectar glucosa e insulina

MORELIA, Mich., 4 de octubre de 2015.- Para lograr que las personas con diabetes mellitus tipo 2 puedan medir simultáneamente sus niveles de glucosa e insulina sin ir al médico o a un laboratorio diagnóstico, en la Facultad de Ciencias (FC) de la UNAM desarrollan un biosensor que, a partir de una gota de sangre, identificará los niveles de ambas sustancias, los convertirá en señales eléctricas y los guardará en una base de datos que podrá enviarse al médico, a la computadora o al teléfono celular como una aplicación.

De acuerdo a un comunicado de prensa, el sistema, que cuenta con microchip, en el que trabajan los profesores Catalina Stern y Mathieu Hautefeuille con sus alumnos de doctorado Mariana Centeno Sierra y Jehú López Aparicio, ganó uno de los 12 Premios de Investigación de Google para América Latina, en su primera edición.

Con esta distinción, la empresa busca identificar y apoyar a profesores de tiempo completo y clase mundial que trabajan en sus áreas de interés. Para este concurso, un panel de ingenieros expertos evaluó 301 solicitudes y seleccionó 12 proyectos –ocho de Brasil, dos de México hechos en la UNAM, uno de Colombia y otro de Chile– por su impacto, originalidad y calidad.

Con un avance de 40 por ciento, el prototipo estará listo a fines del 2016 y se requerirán seis meses más para diseñar y probar un empaque para la fase comercial. Mientras, se busca proteger el desarrollo con una patente y, a mediano plazo, concretar una transferencia tecnológica a la industria, estimaron Stern, del taller de Hidrodinámica y Turbulencia, y Hautefeuille, del taller de Óptica Láser de la FC.

Experto en microfabricación y sensores, Hautefeuille recibió hace tiempo la petición de una especialista del Hospital General de México para desarrollar un sensor dual miniatura de glucosa e insulina que ayude a la creciente población nacional con diabetes.

“En la Facultad de Ciencias surgió el interés por aplicar la ciencia básica y aplicada que se hace aquí a problemas de salud y de biología, así que colaboramos con los institutos nacionales de Ciencias Médicas y Nutrición, y de Enfermedades Respiratorias.

“Los médicos pidieron un medidor dual de glucosa e insulina para aplicarlo en el país, donde el 14 por ciento de los habitantes tiene diabetes declarada, además de muchos más que aún no tienen diagnóstico”, señaló Stern.

Ante un sistema de salud rebasado para atender a este segmento, el microchip es una solución que auxiliará  al enfermo a ser autónomo, conocer su afección y medir sus niveles sin ir a un laboratorio o a una consulta médica; ayudará al médico a medir los dos niveles de manera simultánea para obtener información útil de sus pacientes en cualquier momento y lugar.

Mide, convierte y envía

Además de la medición, el dispositivo guarda la información en la memoria y la envía. No es sólo una app (aplicación), es un medidor integrado que incluye la aplicación, aclaró Hautefeuille.

Consta de cuatro partes: la microfluídica, que lleva la gota de sangre por una ruta precisa y controla el volumen útil; el biosensor, con la técnica de detección que realiza la reacción química que da especificidad; la conversión electrónica, donde se adquiere la señal y se traduce el proceso químico a uno eléctrico y de procesamiento de datos; y la  de comunicación, para adaptar esos datos a diferentes plataformas de Internet o teléfonos celulares.

“Lo más complicado es integrar la biodetección en un dispositivo micro que se fabrica aquí, en el laboratorio; es lo que más nos tardamos en desarrollar”, abundó.

Con la asesoría de Stern, Mariana Centeno estudia el doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales y trabaja en el área de microfluídica.

“En el biosensor dual necesitamos llevar la gota de sangre del punto inicial a la parte de detección. Debo seleccionar qué diseño ocupar (una ruta lineal, en forma de cruz o en espiral) para optimizar la llegada de la sangre a los puntos de detección o microelectrodos dentro del chip”, detalló.

Actualmente utilizan tres electrodos para glucosa y evalúan si usarán dos o tres para insulina, pues el diseño de los elementos del microchip es fundamental para su eficiencia. Hasta ahora, la ruta en espiral garantiza mejores resultados en el uso del plasma sanguíneo.

“El premio de Google es importante porque significa que el proyecto en el que trabajo en mi doctorado tendrá un impacto, sobre todo social, pues la diabetes aumenta y éste es un método preventivo que puede ayudar a tener diagnósticos eficientes y baratos”, destacó.

De reacción química a señal eléctrica

Bajo la tutoría de Hautefeuille, Jehú López cursa el doctorado en Ingeniería Eléctrica y participa desde hace dos años en el proyecto, con la traducción de la reacción electroquímica de la muestra sanguínea en una señal eléctrica que permite almacenar y enviar a diversos dispositivos los datos de los niveles de glucosa e insulina.

“La señal se genera a partir de una reacción electroquímica que se procesa para transformarla en eléctrica. La glucosa reacciona con una enzima (la glucosa oxidasa) y esto crea una pequeña corriente eléctrica que se amplifica para luego medirla y enviar los datos al médico”, explicó.

Al mismo tiempo, se mide la insulina, que no requiere la enzima para reaccionar pero emplea celdas electroquímicas. “Ambas producen un pequeñísimo flujo de iones que captamos y amplificamos en un circuito”, acotó.

En el proceso se utilizan arreglos de dos o tres electrodos de 40 a 250 micras (del rango del grosor de un cabello), cuya geometría ayuda a mejorar la eficiencia del chip. Integrar todo eso en un sistema único es la innovación.

“El premio de Google me motiva y creo que le da valor al proyecto. Además, vamos a poder comprar materiales que nos hacen falta y nos preocuparemos menos por el dinero”, concluyó.