23/Sep/04

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Científicos detectan virus individuales utilizando nanohilos

El descubrimento puede abrir el camino hacia nuevas y poderosas herramientas de diagnóstico y detectores contra el bioterrorismo.

CAMBRIDGE, Mass., EE.UU. -- Científicos de la Universidad de Harvard descubrieron que se pueden utilizar hilos ultrafinos de silicio para detectar la presencia de virus individuales, en tiempo real y con una selectividad casi perfecta. Estos detectores pueden incluso distinguir distintos virus con gran precisión, lo que sugiere que la técnica se puede ampliar para crear matrices en miniatura capaces de percibir miles de virus diferentes.

El trabajo fue publicado en el último número de las Actas de la Academia Nacional (de EE.UU.) de Ciencias (Proceedings of the National Academy of Sciences).

"Los virus son una de las causas más importantes de enfermedades humanas, y cada vez crece más la preocupación sobre su posible uso como agentes de bioterrorismo y guerra biológica", dice el autor, Charles M. Lieber, profesor de Química en la Facultad de Artes y Ciencias de Harvard. "Nuestra investigación demuestra se pueden configurar hilos de silicio de escala nanométrica como detectores ultrasensibles que se enciendan o apaguen en presencia de un virus individual. Las posibilidades de estos detectores, que pueden ser ordenados en matrices capaces de detectar literalmente miles de virus diferentes, podrían introducirnos en una nueva era en materia de diagnósticos, seguridad biológica, y respuestas a brotes virósicos".

Lieber y sus colegas unieron nanohilos que transmitían una pequeña corriente con receptores de anticuerpos para ciertos dominios clave de virus, como la aglutinina en el virus de la influenza A. Cuando un virus individual hacía contacto con un receptor, se producía un momentáneo y revelador cambio en la conductancia que daba una clara indicación de su presencia. Mediciones simultáneas, eléctricas y ópticas (usando virus de influenza A marcados en forma fluorescente) confirmaron que los cambios en conductancia se correspondían con la unión y separación de virus individuales a los dispositivos.

El equipo de Lieber además experimentó con matrices de nanohilos equipadas con receptores específicos de paramixovirus y adenovirus. Se comprobó que los detectores podían distinguir entre los tres virus, basándose tanto el receptor específico utilizado, como también en que cada virus se une a su receptor por un lapso de duración característica antes de separarse. Esto hace minúsculo el riesgo de una lectura positiva falsa.

"Que una matriz de nanohilos pueda detectar un virus individual significa que esta tecnología es lo último en materia de sensibilidad", dice Lieber. "Los resultados muestran que estos dispositivos son capaces de distinguir entre diferentes virus con una selectividad casi perfecta".

Si bien existen varias técnicas para identificar virus, la mayoría son laboriosas y sólo apropiadas en un laboratorio. El uso de nanohilos brinda una verificación inmediata de la presencia de un determinado virus, sin requerir manipulación bioquímica especializada.

Según Lieber, las matrices de nanohilos pueden ser ampliadas para detectar no sólo diferentes virus, sino también cepas comunes y variantes diseñadas genéticamente por posibles bioterroristas. Una matriz sensible a múltiples dominios de un virus específico minimizaría las posibilidades de que incluso un virus modificado escape a la detección.

En el ambiente clínico, la extremada sensibilidad de las matrices de nanohilos permitiría detectar infecciones virales en sus primeros estadios, cuando el sistema inmunológico aún es capaz de suprimir poblaciones virósicas. En este estadio de actividad viral comienzan a aparecer los síntomas, pero como la cantidad de virus aún es pequeña es difícil detectarlos y decidir un tratamiento.

Las matrices de nanohilos detectan virus suspendidos en fluidos, corporales o no. Lieber sugiere que un dispositivo contra bioterrorismo que se construya basado en esta tecnología seguramente contará con un instrumento microfluídico que atraerá aire, suspenderá las partículas aéreas en líquido, y expondrá la solución a la matriz detectora.

Los coautores del trabajo son Fernando Patolsky, Gengfeng Zheng, Oliver Hayden, Melike Lakadamyali y Xiaowei Zhuang, de los departamentos de Química y Biología Química, Física, y la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, de Harvard. El trabajo fue financiado por las siguientes instituciones: Defense Advanced Research Projects Agency, National Cancer Institute, Ellison Medical Foundation, Office of Naval Research, y Searle Scholar Program.