Nanosenor de glucosa sensible integrado en tejidos podría revolucionar tratamiento de diabetes

La tarea clave de monitorear los niveles de glucosa en sangre generalmente se logra mediante el uso de sensores electroquímicos basados en la enzima glucosa oxidasa (GOx). A pesar de su eficacia, estos sensores producen el subproducto tóxico peróxido de hidrógeno y también requieren componentes eléctricos y baterías engorrosos, lo que complica el desarrollo de dispositivos de monitoreo implantables continuos. Un método alternativo implica nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) que, cuando se estimulan con la luz, emiten fluorescencia en el infrarrojo cercano que penetra en el tejido y puede capturarse mediante técnicas de bioimagen no invasivas. Sin embargo, integrar GOx con SWCNT para crear nanosensores es un desafío ya que el método típico para unir moléculas a SWCNT, la sonicación, desactiva las moléculas de GOx.

Para abordar estos desafíos, científicos de la Universidad de California, Berkeley (Berkeley, CA, EUA) han innovado con un nanosensor fluorescente sin batería que combina SWCNT con una forma inactiva de GOx. Este diseño innovador permite la obtención de bioimagen continua, reversible y no invasiva de los niveles de glucosa en fluidos y tejidos corporales. Este desarrollo revierte la creencia predominante de que los sensores basados en GOx requieren GOx activa para una detección eficaz de la glucosa. Mediante sonicación, el equipo produjo sensores SWCNT cargados con GOx capaces de detectar de forma precisa y selectiva la glucosa en diversos medios como suero, plasma e incluso dentro del tejido cerebral de ratón.

Los investigadores atribuyeron este sorprendente hallazgo a la capacidad de la enzima GOx inactiva para unirse a la glucosa sin convertirla. La unión sola fue suficiente para modular la señal de fluorescencia. Para ser completamente independiente de la actividad de GOx, los investigadores también construyeron una enzima GOx que incluso carecía del grupo reactivo para la conversión de glucosa. El sensor apo-GOx-SWCNT resultante detectó glucosa en fluidos corporales y cortes de cerebro de ratón con tanta confiabilidad como el conjugado original de SWCNT y GOx natural. Los investigadores señalan que el uso de moléculas GOx inactivas tiene importantes ventajas. Por ejemplo, el proceso de fabricación de los nanosensores GOx-SWCNT se puede simplificar utilizando la sonicación como paso de preparación eficaz. Además, como la reacción enzimática no consume el analito, no se producen subproductos tóxicos y las mediciones son intrínsecamente reversibles, lo que permite una monitorización continua no invasiva de la glucosa en los fluidos tisulares.

Según los investigadores, la enzima GOx inactiva aún puede unirse a la glucosa sin convertirla, y la unión por sí sola resultó suficiente para modular la señal de fluorescencia. Para ser completamente independiente de la actividad de GOx, los investigadores también crearon una enzima GOx que incluso carecía del grupo reactivo para la conversión de glucosa. El sensor apo-GOx-SWCNT resultante pudo detectar glucosa en fluidos corporales y cortes de cerebro de ratón con tanta confiabilidad como el conjugado original de SWCNT y GOx natural. Los investigadores sugieren que el uso de moléculas GOx inactivas ofrece ventajas clave. Por ejemplo, es posible simplificar el proceso de fabricación de los nanosensores GOx-SWCNT utilizando la sonicación como paso de preparación eficaz. Además, dado que la reacción enzimática no consume el analito, no se producen subproductos tóxicos y las mediciones son intrínsecamente reversibles, lo que permite la monitorización continua no invasiva de la glucosa en los fluidos tisulares.

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Universidad de California, Berkeley

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