Un dispositiu portàtil codesenvolupat pel CSIC permet detectar la insuficiència cardíaca a partir de la saliva
El funcionament es basa en un xip biosensor i nanopartícules magnètiques que detecten biomarcadors de la insuficiència cardíaca a la saliva. Es tracta d’un dispositiu ràpid, fàcil, eficient i de baix cost que permetrà una atenció sanitària personalitzada i millorada per als pacients que pateixin la malaltia.
Un projecte europeu amb participació d’investigadors del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha desenvolupat un dispositiu ràpid que detecta la insuficiència cardíaca a través de mostres de saliva. Es tracta d'un test de baix cost i portàtil que permet diagnosticar aquesta malaltia, que afecta 26 milions de persones al món i és actualment la causa d’hospitalització més freqüent en les persones majors de 65 anys.
El dispositiu ha estat dissenyat a la plataforma KardiaTool, un projecte finançat dins el programa Horitzó 2020, en el qual participen investigadors de l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) i de l’Institut de Ciències de Materials de Barcelona del CSIC (ICMAB-CSIC). Els resultats han estat publicats a les revistes Analytica Chimica Acta, Chemosensors i Molecules.
El nou sistema és un laboratori portàtil, construït a partir de sistemes microelectrònics, sensors integrats, compostos bioquímics i nanopartícules magnètiques, capaç de separar i identificar biomarcadors a la saliva. El seu funcionament es basa en un biosensor microelectrònic (denominat ImmunoFET) que conté nitrur de silici manufacturat a la Sala Blanca de l’IMB-CNM-CSIC. InmunoFET consisteix en un transistor capaç de detectar un dels biomarcadors de la insuficiència cardíaca: el factor de necrosi tumoral-α (TNF-α), a la saliva del pacient. L’equip ha experimentat amb mostres de saliva artificial i humana que mostren una alta sensibilitat a la concentració de TNF-α.
"Els dispositius biosensors s’integren en un lab-on-a-chip que permetrà realitzar assajos immunològics complets per a mesurar la concentració del biomarcador. A través del sistema integrat s’aprofiten les propietats intrínseques d'amplificació electrònica del transistor per augmentar-ne la sensibilitat", explica Joan Bausells, investigador del CSIC que lidera la contribució de l’IMB-CNM-CSIC al projecte.
D’altra banda, l’equip de l’investigador Francesc Teixidor, de l’ICMAB-CSIC, ha sintetitzat les nanopartícules magnètiques del dispositiu. "Com que la concentració dels biomarcadors a la saliva és menor que a la sang, necessitem fer una preconcentració. Per a això, utilitzem nanopartícules magnètiques funcionalitzades amb anticossos específics que capturen aquests biomarcadors", explica Francesc Teixidor, investigador de l’ICMAB. "El repte més important ha estat aconseguir unes nanopartícules prou estables com per no precipitar-se i poder circular pels canals microfluídics del dispositiu", afegeix l'investigador.
La insuficiència cardíaca, principal causa de mortalitat
Segons l’Organització Mundial de la Salut, la cardiopatia isquèmica és la principal causa de mortalitat al món. Des de l'any 2000, la insuficiència cardíaca també és una malaltia en augment: les dades mostren que de 2 milions de morts mundials en l'any 2000, es va passar a gairebé 9 milions el 2019. Aproximadament 26 milions de pacients a tot el món la pateixen. A Espanya, l'Institut Nacional d'Estadística (INE) mostra que les malalties relacionades amb la insuficiència cardíaca van ser la principal causa de mortalitat a Espanya fins al 2020.
Un diagnòstic eficaç i ràpid de la insuficiència cardíaca pot ser clau per al seu tractament. Actualment, el seguiment es realitza mitjançant la quantificació de biomarcadors en una anàlisi de sang. L'ús del dispositiu desenvolupat per detectar-los a través de mostres de saliva seria una eina molt més ràpida per millorar-ne tant el diagnòstic, com el tractament. "El dispositiu automàtic desenvolupat en el projecte no requereix personal especialitzat i és una eina que pot indicar ràpidament la gravetat de la insuficiència cardíaca. Creiem que pot ser molt útil per al personal mèdic, especialment per a planificar i avaluar l'eficàcia dels diferents tractaments per als pacients", afegeix Francesc Teixidor.
Un projecte que reuneix 14 institucions europees
KardiaTool és un projecte internacional finançat per la Comissió Europea dins del programa de recerca i innovació Horitzó 2020. Ha rebut 4,9 milions d'euros des de 2018. El projecte compta amb la participació de 14 institucions de 9 països europeus. L’IMB-CNM i l’ICMAB són els dos centres del CSIC implicats des del principi i l'única contribució espanyola al projecte.
Articles de referència:
A silicon nitride ISFET based immunosensor for tumor necrosis factor-alpha detection in saliva. A promising tool for heart failure monitoring
Hamdi Ben Halima, Francesca G. Bellagambi, Albert Alcacer, Norman Pfeiffer, Albert Heuberger, Marie Hangouët, Nadia Zine, Joan Bausells, Abdelhamid Elaissari, Abdelhamid Errachid
Analytica Chimica Acta, 1161, 338468, 2021
doi: 10.1016/j.aca.2021.338468
Development of an ImmunoFET for Analysis of Tumour Necrosis Factor-α in Artificial Saliva: Application for Heart Failure Monitoring
Daiva Vozgirdaite,Hamdi Ben Halima,Francesca G. Bellagambi, Albert Alcacer, Francisio Palacio,Nicole Jaffrezic-Renault,Nadia Zine,Joan Bausells,Abdelhamid Elaissari, Abdelhamid Errachid
Chemosensors, 9(2), 26, 2021
doi: 10.3390/chemosensors9020026
Magnetic Nanoparticles Fishing for Biomarkers in Artificial Saliva
Arpita Saha,Hamdi Ben Halima,Abhishek Saini,Juan Gallardo-Gonzalez,Nadia Zine,Clara Viñas,Abdelhamid Elaissari,Abdelhamid Errachid, Francesc Teixidor
Molecules, 25 (17), 3968, 2020
doi: 10.3390/molecules25173968