Universidad
Politécnica de Madrid

Nueva técnica de bajo coste para detectar rotavirus

Investigadores de la UPM descubren y patentan un nuevo método de medida que incrementa la capacidad de detección de sustancias biológicas en biosensores ópticos.

29.09.14

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han conseguido mejorar la capacidad de detección de pequeñas concentraciones de rotavirus gracias a una nueva forma de análisis de la respuesta de biosensores aplicada a un dispositivo interferométrico. Este sistema ha demostrado ser capaz de detectar tanto la presencia del virus como la de su anticuerpo, lo cual abre la posibilidad para descubrir la presencia de dicho patógeno directamente en el foco por ejemplo en aguas como indirectamente, detectando el anticuerpo en el plasma sanguíneo. Según los investigadores, el bajo coste de la nueva técnica permitiría a los países en vías de desarrollo reducir la alta mortalidad infantil que causa el rotavirus.

El rotavirus es un virus esférico de unos 75 nanómetros de diámetro con aspecto de rueda en las imágenes de microscopio electrónico lo que le otorga su característica denominación. Este virus es la causa más común de las diarreas graves en niños llamadas gastroenteritis. Estas gastroenteritis víricas tienen un tratamiento sencillo que consiste básicamente en mantener hidratado al paciente hasta que las defensas del organismo vencen a la enfermedad. Con cada nueva infección el sistema inmunitario se refuerza de forma que los síntomas de la infección se van haciendo cada vez más leves. A pesar de la sencillez del tratamiento, cerca de medio millón de niños mueren al año a causa de la deshidratación causada por la diarrea y los vómitos característicos de esta enfermedad, principalmente en países en vías de desarrollo.

El rotavirus es estable en condiciones normales de temperatura y las medidas sanitarias que eliminan eficientemente bacteria y parásitos del agua no le afectan. Su diagnóstico se realiza habitualmente a través de un ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA, por sus siglas en inglés, Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay). Este tipo de diagnóstico debe ser realizado por personal cualificado en laboratorio y requiere suministro de las enzimas receptoras.

Miguel Holgado Bolaños, investigador principal del Laboratorio de Óptica Fotónica y Biofotónica del Centro de Tecnología Biomédica (CTB), junto con su equipo* de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid, investiga desde 2007 en biosensores ópticos label-free que no requieren la presencia de enzimas que fijen la sustancia a detectar ni marcadores que produzcan algún tipo de fenómeno físico detectable.  Estos biosensores consisten en superficies lisas o micro-nano texturizadas realizadas con un polímero cuya superficie ha sido tratada químicamente para que sea afín a un bioreceptor. Una vez recubierta la superficie por el bioreceptor tenemos un biosensor sensible y selectivo sólo a un determinado tipo de biomolécula. Así, cuando la sustancia a detectar se reconoce por el bioreceptor se produce un cambio de su respuesta óptica (transducción). Este cambio habitualmente es el desplazamiento de la posición de un máximo o mínimo del patrón interferométrico.

En esta ocasión se propone un sistema interferométrico sencillo basado en dos interferómetros Fabry Perot; uno se utiliza como referencia, siendo el otro el que captura las sustancias o virus objetivo. Por otra parte, se analizan diferentes opciones de análisis de los datos alternativas al clásico desplazamiento de la posición de los puntos extremos y de más fácil implementación en dispositivos compactos y fácilmente utilizables por usuarios no especializados. Se ha demostrado que utilizando como variable de transducción la variación de intensidad total emitida en intervalos de longitud de onda concretos se puede mejorar significativamente la sensibilidad y el límite de detección de estos biosensores, alcanzándose niveles realmente competitivos para un diseño tan sencillo. Esta invención ha sido objeto de patente.

Mediante el dispositivo y el procedimiento de lectura de datos propuesto se puede detectar la presencia de anti-rotavirus en plasma sanguíneo o de rotavirus como contaminante de aguas. Debido a su bajo costo frente a otros métodos, constituye una técnica muy prometedora en la reducción de la mortalidad infantil en países en vías de desarrollo.

Además, en la actualidad, parte de estos descubrimientos se están transfiriendo a la industria a través de la empresa de base tecnológica BIOD que, en estos momentos y en colaboración con socios industriales de primer nivel, esta desarrollando dispositivos de lectura portátiles para la detección de patógenos y proteínas en diversos campos de aplicación.


Este trabajo se está desarrollando en el marco de tres proyectos:

(1) Development of a biosensor technology for environmental monitoring and disease prevention in aquaculture ensuring food safety (EnviGuard), financiado por la Comisión Europea (Referencia: FP7-OCEAN-2013- 614057).

(2) Biochip kits basados en celdas biofotónicas y plataformas avanzadas de interrogación óptica (PLATÓN), financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (referencia: TEC2012-31145)

(3) Innovación y desarrollo de sistemas portátiles de detección biológica óptica de alta eficiencia (INNBIOD), proyecto de colaboración público-privada financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (referencia: IPT-2011-1429-01000)

M. Holgado; F. J. Sanza; A. López; A. Lavín; R. Casquel; M. F. Laguna. "Description of an advantageous optical label-free biosensing read-out method to measure biological species". Sensors 14 (2): 3675 – 3689. Feb. 2014.


* El equipo de investigación del laboratorio del Centro Tecnología Biomédica está formado por: María Fe Laguna, Francisco Javier Sanza, Álvaro Lavín, Rafael Casquel, Ana L. Hernández, Álvaro Otón y Miguel Holgado.