26 julio, 2011

Científicos diseñan una nariz bioelectrónica

receptor-olfatorio

Los avances en el campo de la nanobiotecnología esta permitiendo el desarrollo de dispositivos muy complejos capaces de facilitar el desarrollo de diversas áreas de la ciencia como la biología, la química o la medicina, ya lo vimos hace unos días con el secuenciador de ADN basado en chips. Esta vez, científicos de la Universidad de Pensilvania (EEUU) han desarrollado lo que vendría a ser una nariz bioelectrónica, la cual permitiría detectar cualquier compuesto presente en una determinada muestra así sus concentraciones sean muy bajas. El dispositivo fue desarrollado a través del ensamblaje de los receptores acoplados a la proteína G (GPCR) con unos nanotubos de Carbono dispuestos sobre una interfase semiconductora de Silicio. El principio del funcionamiento de esta nariz bioelectrónica es muy sencillo.

Las GPCRs son una gran familia de proteínas que se encargan de recibir las señales externas y transmitirlas al interior de la célula, activando una cadena de reacciones bioquímicas que terminan por generar algún tipo de respuesta metabólica o fisiológica (transducción de señales), ya sea, por ejemplo: la expresión de un gen, la activación de alguna proteína transportadora de membrana o la liberación de algún neurotransmisor. Estas proteínas conforman los receptores olfatorios que son los encargados de percibir las moléculas del ambiente que entran por la nariz y, mediante la transducción de señales, envían la información hacia el cerebro, quien es el encargado de interpretar los olores.

Los investigadores lograron unir  estas complejas proteínas —las cuales fueron obtenidas de ratones— a transistores de nanotubos de carbono, los cuales transforman la señal química —producto de la interacción de una determinada molécula con los receptores olfatorios— a una señal eléctrica. La señal eléctrica pasa a través de la plataforma semiconductora la cual puede ser integrada a un circuito electrónico y transformarse en una señal digital, que a su vez puede incorporarse en cualquier dispositivo electrónico (Ej.: una computadora, un celular, un tablet, etc.).

Las aplicaciones son muchas. Se puede usar para el diagnóstico de enfermedades a través de pruebas de aliento ya que algunas partículas virales o algunos compuestos químicos generados por ciertas infecciones gastrointestinales salen a través del aliento. Se puede usar para el monitoreo de aires cercas a fábricas o minas y determinar la calidad de la misma ya que muchas veces los metales pesados y otros compuestos tóxicos se encuentran en concentraciones sumamente bajas.

Otra de las cosas más interesantes de este dispositivo es que fácilmente podría ser escalado y poder alojar los 350 receptores olfatorios que componen la nariz humana o los ~1,000 de los perros, aunque para ello habría que aislar o producir a gran escala estas GPCRs. Además se deben desarrollar matrices que permitan que las proteínas no se degraden y duren por un buen periodo del tiempo fuera de su entorno natural.

Por otro lado, se podría poner estos dispositivos en un chip, cada uno con diferentes cientos receptores diferentes asociados a microorganismos o virus patógenos, o a diferentes tejidos humanos para determinar a que nivel llegan a interactuar determinados fármacos que se encuentran en desarrollo y así facilitar el trabajo de prospección de diferentes compuestos químicos con potenciales usos en la medicina.


Referencia:

Goldsmith BR, et al. Biomimetic Chemical Sensors Using Nanoelectronic Readout of Olfactory Receptor Proteins ACS Nano 5 (7), 5408-5416 doi: 10.1021/nn200489j (2011)

Vía | Penn News.

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