¿Qué está frenando la expansión del acceso a biosensores portátiles y de bajo costo?

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Por: Yissel Contreras

Todos los días surgen cientos de publicaciones científicas describiendo plataformas novedosas de biosensores. En México, el Instituto Politécnico Nacional anunció en 2018 el desarrollo de un sistema electroquímico capaz de diagnosticar cáncer de mama utilizando una gota de sangre (Desarrolla IPN sensor electroquímico que diagnostica cáncer de mama en etapa inicial). Otro ejemplo es la compañía danesa BluSense , la cual afirma ser capaz de realizar diagnósticos de dengue y zika mediante dispositivos portátiles.

También hay iniciativas de comercialización que han tenido resultados menos impactantes: la compañía Theranos, que afirmaba ser capaz de realizar cientos de diagnósticos utilizando una sola gota de sangre, recientemente se desintegró debido a la publicidad engañosa que difundió sobre sus productos (Blood-Testing Firm Theranos to Dissolve); también recomiendo el artículo “Esta no es una historia sobre Theranos“, publicado en este blog.

¿Porqué el sensor de glucosa y la prueba de embarazo parecerían ser los únicos biosensores comerciales? En este artículo, buscaré describir algunas de las razones por las que no hemos presenciado el uso extendido de biosensores en nuestra vida cotidiana.

 

Para empezar, ¿qué es y cómo funciona un biosensor?

El siguiente diagrama muestra los elementos principales de un biosensor típico.

  • Bioelemento (elemento biológico). El elemento biológico proviene de un organismo vivo. Por ejemplo, una enzima (una proteína que facilita reacciones con base en su estructura tridimensional).
  • Analito. Es el factor que deseamos detectar mediante su interacción con el elemento biológico, el cual se encuentra en el biosensor. Ejemplos de analitos pueden ser un biomarcador específico de una enfermedad o una célula bacteriana.
  • Transductor. El transductor es un elemento capaz de transformar un tipo de señal a otro. Por ejemplo, un material piezoeléctrico puede transformar la presión mecánica en un voltaje o diferencia de potencial y viceversa. Dentro del biosensor, el transductor convertirá la señal producida al interactuar el analito con el elemento biológico. Como resultado, se producirá una señal eléctrica que el dispositivo podrá analizar para la interpretación de la señal.
  • Señal eléctrica. La señal producida podrá ser analizada e interpretada por el dispositivo electrónico y el usuario.

Esta combinación de elementos electrónicos y biológicos permite expandir la capacidad de los sensores tradicionales. Entre las aplicaciones posibles están el monitoreo ambiental y el análisis de la calidad de agua y alimentos. Desde luego, esto incluye el diagnóstico y monitoreo de procesos biológicos. ¿Pero cuáles son los obstáculos a la implementación a gran escala de biosensores portátiles y de bajo costo?

Los biosensores comerciales modernos son altamente inestables y tienen baja sensibilidad

Aunque las tecnologías para fabricar sensores portátiles están muy avanzadas, la integración de elementos biológicos y electrónicos continúa siendo un reto. No es porque no se conozcan las técnicas de integración, sino porque al remover elementos biológicos tales como enzimas de su ambiente fisiológico, el resultado será inevitablemente cierto grado de degradación e inestabildad. Por si esto fuera poco, en aplicaciones de diagnóstico las biomoléculas que se busca detectar se encuentran presentes en concentraciones muy bajas. El biosensor más conocido, el sensor de glucosa, ¡tiene una reproducibilidad muy pobre incluso en los dispositivos comerciales actuales!

Las colaboraciones interdisciplinarias auténticas continúan siendo poco comunes

En el desarrollo de biosensores interactúan múltiples áreas de conocimiento, tales como ciencia de materiales, ingeniería eléctrica, biomedicina, ingeniería mecánica, entre otras. Si se opta por la comercialización, se requerirán además habilidades de administración de negocios. Sí, existen esfuerzos para fomentar las colaboraciones interdisciplinarias, pero aún queda mucho camino por recorrer. En muchos casos, incluyendo proyectos en los que he participado, los equipos constan de un conjunto de especialistas que no se aventuran mas allá de su área de especialización. Con el tiempo esto resultará en proyectos cortos e ineficientes de escaso valor comercial.

Los sectores de la población que más se beneficiarían de avances tecnológicos no son considerados económicamente prioritarios

Cualquier iniciativa de comercialización está ligada a un interés económico, y las nuevas compañías de biotecnología no son la excepción. Inevitablemente, esto resultará en una desigualdad de acceso a los avances tecnológicos más recientes. Un ejemplo de esto son los monitores continuos de glucosa. Aún cuando la diabetes se ha convertido en una epidemia en México y los Estados Unidos, los dispositivos avanzados de monitoreo de glucosa solo están al alcance de unos cuantos.

Las buenas noticias

Existen iniciativas novedosas que proponen realizar la detección sin necesidad de inmobilizar agentes biológicos. Se han propuesto soluciones muy creativas tales como cambios en la viscosidad de un líquido y celdas electroquímicas en miniatura. Para conocer más sobre este tipo de avances, recomiendo revisar los websites de los profesores Jeong-Yeol Yoon y Philipp Gutruf, a quienes tuve la oportunidad de conocer en la Universidad de Arizona. El trabajo de estos investigadores demuestra que el trabajo científico y tecnológico está volviéndose cada día más interdisciplinario.

Otro ejemplo es la labor del profesor Edwin Te-Hwu de la Universidad de Dinamarca, quien está convencido de que la tecnología de sensores está lo suficientemente avanzada para que los ciudadanos puedan desarrollar soluciones por sí mismos. Su grupo de investigación se enfoca en la adaptación de tecnologías conocidas, tales como lectores de blu-ray. Además, este investigador promueve el uso de impresión 3D para fabricar herramientas de caracterización de nanoestructuras (como microscopios de fuerza atómica) a bajo costo.

Yo creo que este tipo de avances facilitarán el acceso a los desarrollos biotecnológicos si se les presta la atención adecuada, recordando en todo momento que el objetivo es mejorar la vida de las personas.

 

Yissel Contreras es tecnóloga e ingeniera química de formación, con una experiencia multidisciplinaria en áreas de biotecnología, ciencia de materiales, y procesamiento de semiconductores. Actualmente, Yissel se enfoca en divulgación científica y aplicaciones de desarrollo sostenible a nivel individuo y empresa.

La puedes contactar en: yissel.contreras@gmail.com 

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