| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| APROXIMACIONES DE BIOSENSADO DE VANGUARDIA BASADAS EN MICROMOTORES CATALÍTICOS PARA LA DETERMINACIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE BIOMARCADORES PROTEICOS: HACIA UN DIAGNÓSTICO DISRUPTIVO DE SEPSIS NEONATAL Y DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER | CUTTING-EDGE MICROMOTOR-BASED BIOSENSING APPROACHES FOR FAST AND RELIABLE PROTEIN BIOMARKERS DETERMINATION: TOWARD DISRUPTIVE NEONATAL SEPSIS AND ALZHEIMER DIAGNOSIS | | Autor/a | Gordón Pidal, José María | | Departamento | Química Analítica, Química Física e Ingeniería Química | | Director/a | Escarpa Miguel, Jesús Alberto | | Directores/as | López Gil, Miguel Ángel; Moreno Guzmán, María | | Fecha de defensa | 18-10-2024 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Química (RD 99/2011) | | Mención internacional | Sí | | Resumen | La sepsis neonatal es una entidad clínica derivada de una infección invasiva en el torrente sanguíneo, generalmente bacteriana, que se manifiesta dentro del periodo neonatal (primeros 28 días de vida), o en recién nacidos de muy bajo peso al nacer. Actualmente, el diagnóstico de esta enfermedad se basa en la identificación de la presencia de bacterias mediante hemocultivo. Sin embargo, este análisis requiere de grandes volúmenes de muestra, niveles mínimos de bacteriemia y largos tiempos de análisis (48-72 h), lo que conduce a una prescripción de terapias de soporte vital, que dan lugar a posibles efectos adversos en los neonatos, además de los correspondientes costes económicos asociados.
Por otro lado, la enfermedad de Alzheimer (EA) es una de las principales causas de demencia en la población envejecida. Es una enfermedad neurodegenerativa crónica de progresión lenta que afecta principalmente a las funciones cognitivas como la memoria, el pensamiento o la capacidad de llevar a cabo tareas básicas de forma independiente. A pesar de los avances conseguidos en el entendimiento y posterior diagnóstico de esta enfermedad, actualmente, el diagnóstico definitivo se realiza en la fase más tardía de la enfermedad o post-mortem cuando el tratamiento es menos eficaz, o requiere del uso de técnicas de extracción de muestra muy invasivas como la punción lumbar, que puede llegar a producir efectos adversos.
Por todo esto, es importante desarrollar técnicas de vanguardia que permitan llevar a cabo análisis de forma rápida, en volúmenes pequeños de muestra, materiales de bajo coste, y que su determinación pueda realizarse in situ y no en laboratorios centralizados dependientes de instrumentación compleja y personal cualificado. La combinación de estas técnicas de vanguardia junto con la determinación de biomarcadores específicos de cada enfermedad permitiría realizar el diagnóstico temprano de ambas enfermedades y su monitorización en las distintas etapas del diagnóstico y el tratamiento.
Los micromotores (MM) constituyen una excelente herramienta analítica que permite la búsqueda del biomarcador de interés en volúmenes muy bajos de muestra debido a su movimiento autónomo y la capacidad de reconocimiento molecular selectivo proporcionado por los elementos de bioreconocimiento que se encuentran funcionalizados en su superficie.
Por todo ello, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido el diseño y desarrollo de microtecnologías analíticas de vanguardia basadas en MM tubulares catalíticos funcionalizados para la determinación de biomarcadores proteicos específicos que permitan el diagnóstico precoz de enfermedades como la sepsis neonatal y la EA. Se han determinado, de forma individual y dual, dos biomarcadores específicos de gran importancia para cada enfermedad, interleucina-6 (IL-6) y procalcitonina (PCT) para la sepsis neonatal, y β-amiloide-42 (Aβ-42) y proteína tau (Tau) para la EA.
En primer lugar, para la determinación de sepsis, se han desarrollado aproximaciones analíticas basadas en aptaensayos fluorescentes siguiendo un enfoque OFF-ON mediante el uso de aptámeros previamente marcados con un fluoróforo que se encuentran anclados a la superficie de grafeno de los MM para la determinación individual de los biomarcadores específicos de la sepsis (IL-6 y PCT) en muestras de suero de neonatos de bajo peso al nacer. Posteriormente para proporcionar un diagnóstico más específico, se ha llevado a cabo la determinación multiplexada y simultanea de los biomarcadores previamente estudiados siguiendo la misma aproximación analítica basada en MM, confirmando los resultados obtenidos con muestras de neonatos de bajo peso al nacer con sospecha de sepsis.
Para el diagnóstico de la EA, se ha estudiado el diseño y desarrollo de inmunoensayos electroquímicos empleando MM catalíticos basados en materiales poliméricos en su superficie para la determinación de los biomarcadores seleccionados para la EA (Aβ-42 y Tau) de forma individual en tres muestras clínicas de gran relevancia, como son el líquido cefalorraquídeo, el tejido cerebral de la corteza prefrontal izquierda y el plasma. Finalmente, también para realizar un diagnóstico más eficaz se ha llevado a cabo la determinación multiplexada de ambos biomarcadores empleando la misma aproximación basada en MM y confirmando la aplicabilidad del ensayo en las muestras clínicas anteriormente indicadas de pacientes con Alzheimer.
Ambas aproximaciones analíticas han puesto de manifiesto el potencial analítico de los MM para el diagnóstico temprano de enfermedades tan importantes como la sepsis neonatal y la EA. Por todo ello, esta Tesis Doctoral, constituye un paso adelante en la mejora del diagnóstico de dos enfermedades complejas que afectan a gran parte de la sociedad, permitiendo un diagnóstico más temprano y una monitorización en todo el proceso de la enfermedad, así como su determinación multiplexada usando muestras que requieren procesos de extracción menos invasivos. |
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