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Científicos de la UNAM desarrollan biosensor como prueba de detección de Covid-19

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por Susana Paz —-

Ciudad UniversitariaCDMX. 14 de abril de 2020.- Ante la emergencia de salud que se vive en todo el mundo, científicos de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) trabajan en el desarrollo de un biosensor que sirva como prueba de detección rápida, masiva y barata del Covid-19.

El equipo de investigadores y estudiantes es parte del Laboratorio Nacional de Soluciones Biomiméticas para Diagnóstico y Terapia (Lansbiodyt) de la Facultad de Ciencias y lleva más de cuatro años trabajando en un sensor versátil de biomoléculas que hace posible la detección de diversos anticuerpos y moléculas como glucosa e insulina —para diagnosticar diabetes—, colesterol, triglicéridos, entre otros, del cual tienen una patente registrada en el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).

Debido a su versatilidad y ante la emergencia de salud por la pandemia por Covid-19 decidieron trabajar la misma línea en un biosensor que sirva para detectar este coronavirus de manera barata, rápida y segura, sin necesidad de utilizar los instrumentos y elevados costos que implican otras pruebas como el PCR (por sus siglas en inglés).

En este momento el proyecto se encuentra en fase de validación ante el Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos (Indre) y en pruebas de distintos tipos de lectores para determinar carga viral. Se calcula que su costo oscilará alrededor de los 300 pesos por prueba, a diferencia de los mil 500 a dos mil pesos a que ascienden otras pruebas de diagnóstico.

El objetivo de los 28 investigadores y estudiantes que acuden todos los días a trabajar al laboratorio en la Facultad de Ciencias es que en las próximas semanas los hospitales y laboratorios de cualquier parte del país puedan implementar este biosensor para hacer pruebas de detección —hasta 43 pruebas por placa y con un tiempo máximo de una hora y media—, sin necesidad de tener lectores, infraestructura ni máquinas sofisticadas, sino que utilicen los recursos con los que cuentan e incluso brindarles kits con los insumos básicos.

Para una segunda fase del proyecto, para lo cual requieren un recurso que asciende a los 10 millones de pesos, planean tener ya listo un point of care, es decir, un pequeño sensor —como una prueba de embarazo o un glucómetro—, pero que en este caso podría detectar los virus y muchas otras moléculas, y podría ser más barato y de acceso universal.

En entrevista, los doctores Tatiana Fiordelisio y Mathieu Hautefeuille, líderes del proyecto, explican en qué consiste este biosensor, en qué fase de investigación se encuentran y cuáles son las expectativas que tienen para ponerlo en funciones en todo el país.

¿Cómo funciona el biosensor?

Un biosensor es un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células, ectétera) preparado para detectar una sustancia aprovechando la especificidad de las interacciones biomoleculares y un sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y «traducirla» en una señal cuantificable.

En el Lansbiodyt, afirma Tatiana Fiordelisio, llevan más de cuatro años trabajando en el desarrollo de sensores y, considerando su versatilidad, decidieron usarlo para el Covid-19.

El Laboratorio Nacional de Soluciones Biomiméticas para Diagnóstico y Terapia (Lansbiodyt) fue creado entre la Facultad de Ciencias de la UNAM, el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosío Villegas (INER) y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán (INCMNSZ), con el fin de desarrollar nuevos materiales y dispositivos de inspiración biológica para resolver problemas médicos y traducir las tecnologías transformativas en productos con impacto social. Pertenece al sistema de laboratorios nacionales del Conacyt. 

“Implementamos la técnica para detectar en RNA (ácido ribonucleico), lo cual nos permitiría tener una gran especificidad en lo que estamos detectando, pero el desarrollo del sensor permite que sea masivo. Entonces la idea es combinar dos necesidades: especificidad y masividad, para poder salir adelante en el diagnóstico”.

A diferencia de las pruebas rápidas que también se están utilizando para Covid-19 y que detectan la cantidad de anticuerpos (IgM e Igs), es decir, que diagnostican en etapas más avanzadas una infección cuando el paciente ya desarrolló anticuerpos, pero no detectan al virus ni al material genético, con el método del biosensor se hace una detección específica del virus, con una carga viral menor, lo que se traduce en un diagnóstico temprano y oportuno.

“Nosotros lo que hicimos es tratar de combinar la especificidad que te da un PCR pero que no tiene ese potencial de masividad de una prueba serológica, combinarla en un sensor que nos permitiera tener especificidad porque lo que detecta es el material genético viral, detecta al virus, pero en ciertas condiciones experimentales que pueden ser masivas. Un sensor que tenga la especificidad pero que sea de fácil uso, fácil acceso, barato, que se pueda llevar a todos lados, a lugares donde no haya hospitales ni laboratorios clínicos”, expresa Fiordelisio.

La muestra del paciente se tomaría de la nariz o de la boca y se colocaría en una solución de trisol —que es una solución comercial compuesta por cloroformo y otros solventes—, en ese momento el virus quedaría inactivado lo que significaría una gran ventaja porque la muestra puede ser transportada a cualquier otra parte sin que haya un peligro de contagio.

El biosensor funciona a través del uso de perlas magnéticas que utilizan como “cañas de pescar” para logar unir sondas de DNA (ácido desoxirribonucleico), que son complementarias al genoma que se quiere medir, y la medición de estas sondas da una señal de cuántos virus hay en una muestra.

Básicamente, explica la investigadora, el procedimiento se divide en dos hibridaciones de competencia: en la primera hibridación las sondas se unen al genoma, y en la segunda hibridación todas las sondas que sobraron se unen a la “caña de pescar,” que son las perlas magnéticas.

Estas sondas están marcadas fluorescentemente y eso es lo que se mide: cuánta fluorescencia se tiene. Esto permite —al ser muy específicas—, tener controles de especificidad que les permiten cuantificar cuántas copias virales tienen en una muestra, en un símil a lo que se tiene ahora que sería el PCR.

Sin embargo, al ser hibridaciones esto permite procesar un gran número de muestras al mismo tiempo, a un menor costo, más fácilmente, sin requerir equipos sofisticados, con mucho tiempo o una especialización de quien está manejando los equipos y las muestras.

“Si bien es cierto que no podemos tener la sensibilidad de un PCR, porque es una técnica muy sensible, sí podemos tener la sensibilidad que nos permita leer varias copias virales y lo que hemos visto por lo reportado en varios artículos, es que podríamos leer las primeras etapas de infección y después las etapas más tardías que tienen una carga viral mayor”, afirma Fiordelisio.

Ventajas ante otras pruebas de detección

Las ventajas del sensor son, en primer lugar, la forma en que se obtiene y procesa la muestra, que no tiene que ver con la manera en que actualmente se hace para PCR que es la extracción de ácidos nucléicos.

“No se van a usar kits de insumos ni reactivos que se necesitan para PCR y que ya no hay a nivel mundial porque ya somos de los últimos países y eso perjudica mucho el número de pruebas que se van a poder hacer aquí porque no hay disponibilidad, además de que el costo de esos kits es elevado”, afirma Mathieu Hautefeuille.

El método del biosensor, dice Tatiana Fiordelisio, es muy sencillo, “la muestra se pone en una solución de trisol, y con eso se puede procesar toda la muestra; entonces ahí hay una enorme ventaja en el manejo y obtención de muestras, que puede ser mas rápido, más seguro su envío y además masivo porque no necesitas un procedimiento especial con kits, reacciones y demás”.

La segunda gran ventaja es la facilidad de manejo de todo el procedimiento. No se requiere de una gran capacitación ni de instrumentación, es sencillo y por tanto implica que hacer el procedimiento es asequible a muchas instituciones, por lo que se puede instalar en cualquier parte. Se puede adaptar a aparatos distintos de detección, por ejemplo, se puede usar en un microscopio que tenga florescencia, en un lector de placas también con fluorescencia o en un citómetro.

Y por último el precio, afirman que hasta el momento tienen contemplado que por una muestra el paciente pagaría alrededor de 300 pesos, lo que es menor a los mil 500 a dos mil pesos que cuesta una muestra actualmente.

¿En qué fase de desarrollo se encuentra?

El proyecto se encuentra en fase de validación en el Indre para saber cuánta carga viral son capaces de detectar.

“Ya pasamos las etapas previas de que sí va funcionar la detección, que sí se va a dar  hibridación. Esa especificidad existe, esa capacidad de detección existe, ahora lo que necesitamos hacer en los próximos días es ver hasta qué cantidad muy pequeña de carga viral podemos detectar con este método, en los diferentes equipos, en los diferentes lectores”, explica Hautefeuille.

Y afirma que una vez que esto se confirme es cuando se van a conectar de forma más masiva posible con hospitales e investigadores, para que puedan replicar este método en otros lados.

“Tuvimos una primera reunión de trabajo con el Indre, donde justamente establecíamos los protocolos a validar y los tiempos. Estamos en espera de que se firme el convenio para comenzar la validación. Nosotros quisiéramos que fuera ya mañana, pero estos son procedimientos que se deben de hacer y creemos que en una o dos semanas podríamos ya empezar la validación con el Indre”, dice Fiordelisio.

Hasta el momento están validando una parte sintética del genoma y para ello trabajan en colaboración con la doctora Laura Palomares del Instituto de Biotecnología (IBt).

Además de eso colaboran con investigadores del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), en donde van a comenzar un proceso de validación con cultivos virales que ellos tiene de este y otros coronavirus, para hacer una validación tanto de procesamiento de las muestras como de la obtención de resultados.

En este momento, explica Mathieu Hautefeuille, trabajan también en la prueba de diferentes equipos de lectura, por lo que están colaborando con institutos de salud, hospitales y laboratorios.

“La validación que estamos haciendo es a nivel de investigación, será como la prueba de concepto a nivel final. Ese protocolo de investigación con INER también lo estamos por empezar con otros institutos de salud y nos permite variar muchos tipos de muestras. Aunque es el mismo virus, son diferentes personas, vienen en diferentes condiciones, y se está haciendo con una muestra sintética que es mandada a hacer, básicamente se imita el ARN del virus, se mandó a fabricar en un laboratorio y funciona muy bien, pero sabemos, como somos científicos, que en la teoría y la práctica hay diferencias. Por eso el PCR es estándar de oro, está verificado en todo el mundo, y nosotros tenemos que mostrar esa capacidad”, expresa.

El proyecto general contempla una segunda fase que esperan concretar en algunos meses y que trabajan desde hace tiempo, tanto en la parte de investigación científica como en la obtención de recursos económicos, pues consideran necesaria la inversión de al menos 10 millones de pesos para materializarla, por lo que probablemente no estará lista para esta emergencia, pero podría prepararnos para otras.

“Esta segunda fase es lo que nosotros llamamos point of care, que es como un pequeño sensor —como la prueba de embarazo—, pero en este caso que podría detectar los virus y muchas otras moléculas. Es como la segunda tanda del sensor de experimentos para hacerlo mas abierto a todo el público”, explica Fiordelisio.

¿Cuándo será posible implementarlo?

Los investigadores esperan que en las próximas semanas se puedan tener ya las validaciones necesarias, a partir de ahí, el proceso para los hospitales sería sencillo.

“Porque lo que nosotros podemos dar son las placas ya funcionalizadas, los tubos precargados con las condiciones para hacer las reacciones, los controles, y entonces un hospital lo único que va a necesitar son pipetas de volumen —y sino también se le dan en el kit—, básicamente para poder calentar la muestra que puede ser un horno o un baño maría, además de una de las formas para detectar la fluorescencia”, dice Fiordelisio.

En este último punto, dependiendo de las formas que tenga el hospital para detectar la fluorescencia es que prepararían el kit. “Será todo muy versátil. Si un hospital nos dice yo tengo esto pero no esto, entonces se le prepara para que pueda leerlo en eso que tiene. Y esto evidentemente facilita mucho las cosas para ellos, porque no tienen que conseguir un equipo o detector; tenemos que adaptarnos nosotros a lo que hay en los hospitales, y no decir hice mi invento y ustedes acomódense, que muchas veces sucede. Porque los hospitales no tienen la capacidad en este momento de comprar equipos, entonces tenemos que adaptarnos nosotros a lo que ellos requieren”, considera la investigadora.

Esfuerzo en equipo

Todo el equipo del Lansbiodyt —estudiantes y profesores— está trabajando desde marzo en este esfuerzo a contratiempo. La mayoría dejó sus trabajos en pausa para entregarse de lleno a dar soluciones a esta contingencia.

“Reunimos a todo el  laboratorio y todos quisieron entrar; son 28 personas de todos niveles: estudiantes, posdoc e investigadores, además de los colaboradores de otros institutos, institutos nacionales, de hospitales, que nos apoyan a revisar; hay mucha gente atrás de esto.  Hay que reconocer el esfuerzo de todos y el apoyo enorme de la administración de la facultad, porque de donde pueden nos apoyan para que podamos avanzar. Son 28 personas que están desde las 6:30 de la mañana hasta las 3:00 de la mañana del día siguiente todos los días (…) Son estudiantes y académicos sin paga, con el único propósito de que su trabajo como científicos sirva y que pueda aportar algo al país”, afirma Hautefeuille.

La doctora Tatiana Fiordelisio espera que este esfuerzo de todos los colaboradores se pueda aterrizar a algo que nos sirva a los mexicanos, ese es su principal objetivo,  poder aportar desde la ciencia, soluciones a este país que tanto lo necesita:

“Estas emergencias nos demuestran la capacidad que tenemos como científicos mexicanos y nos deja ver que tenemos que mirar más hacia adentro, no tenemos que ir a buscar a otros países, lo tenemos aquí solo que hay que desarrollarlo bien, con los recursos que se requieren, con la parte de calidad, pero sí lo tenemos. Y no solo a nivel investigadores y profesores, nosotros nos hemos quedado impactados de la capacidad de nuestros estudiantes, es increíble la capacidad de los recursos humanos que estamos formando”.

Para Mathieu Hautefeuille esta pandemia los obligó a replantear su forma de trabajar, por el ritmo que se requiere y la urgencia de los resultados. Sin embargo, considera que se va a lograr un buen resultado. “Sería un orgullo tremendo ver que este país pudiera aprovecharse de la tecnología hecha aquí”.

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