Sensor basado en papel podría allanar el camino para un sistema de monitoreo de medicamentos terapéuticos junto a la cama

La teofilina (THO) es eficaz en el tratamiento de problemas respiratorios e inflamación, aunque el fármaco puede ser tóxico si se toma por encima de ciertos límites. Esto exige dispositivos de detección precisos y rápidos que puedan monitorear de cerca los niveles de THO en los pacientes. Los científicos ahora han diseñado un sensor de THO basado en papel con un tiempo de respuesta de tres segundos. El sensor no solo es fácil de usar sino que también es económico y puede reducir la carga del análisis de medicamentos en los países en desarrollo. Además, su prototipo se puede utilizar para desarrollar un sistema de monitorización de fármacos terapéuticos junto a la cama.

El sensor, altamente selectivo y sensible, fue desarrollado por un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT, Tokio, Japón) que también lo probó con éxito utilizando sangre entera bovina. La THO es un compuesto orgánico natural, cuya estructura molecular es muy similar a la de la cafeína presente en el café y el cacao. A lo largo de los años, debido a sus propiedades terapéuticas, la THO se ha convertido en uno de los derivados del grupo xantina más estudiados. La THO se usa para dilatar las vías respiratorias en personas que tienen dificultad para respirar y como relajante muscular, antiasmático y diurético (medicamentos que se usan para aumentar la producción de orina y reducir la presión arterial). También se sabe que tiene propiedades antiinflamatorias y antitumorales, y también puede regular nuestras respuestas inmunitarias.

Si bien la THO es beneficiosa en el tratamiento de varias afecciones, el fármaco tiene una ventana terapéutica muy estrecha. Esto significa que puede crear efectos adversos si se administra más allá de cierto límite (y ese límite se puede alcanzar con bastante facilidad). Una sobredosis accidental o deliberada puede ser altamente tóxica y provocar problemas como convulsiones, latidos cardíacos rápidos, excitación del sistema nervioso o incluso la muerte. Por ello, la monitorización estrecha de los niveles de THO durante la terapia es extremadamente importante. La monitorización de fármacos terapéuticos es fundamental para optimizar los efectos de tratamientos como la quimioterapia, que requieren un control estricto de la concentración del fármaco en la sangre del paciente para evitar efectos secundarios graves. Sin embargo, la mayoría de las técnicas de monitoreo a menudo consumen mucho tiempo y exigen procedimientos complejos que solo puede llevar a cabo un experto. Lo mismo ocurre con los métodos de detección de THO.

Para aliviar estos problemas, los investigadoreshan desarrollado, a lo largo de los años, métodos electroquímicos de bajo costo que son simples, altamente sensibles y rápidos. Uno de ellos, una clase de herramientas electroquímicas que ha tomado impulso recientemente, son los polímeros de impresión molecular (MIP). Estas herramientas tienen cavidades moleculares hechas a la medida que pueden reconocer y unirse a moléculas diana específicas, tal como lo harían los receptores en nuestro propio cuerpo. Su capacidad para hacerlo se está utilizando ampliamente en varias aplicaciones, incluida la detección de drogas. En el nuevo estudio, los científicos del SIT desarrollaron un sensor desechable de THO, basado en papel, que consiste en un electrodo hecho de grafito impreso molecularmente. Dado que los MIP están diseñados utilizando la molécula objetivo como plantilla, el equipo utilizó THO como plantilla al desarrollar la pasta de electrodos a base de carbono del sensor. Luego, la pasta sintetizada se cargó en un chip sensor impreso y se probaron sus capacidades de detección de THO.

Se descubrió que el sensor era muy sensible (lo que significa que podía detectar incluso pequeñas cantidades de THO y mostraba una gran selectividad hacia el fármaco. De hecho, el sensor pudo identificar THO incluso en muestras con concentraciones de THO tan bajas como 2,5 µg/mL (µg= microgramo, es decir, 1/1000 de un miligramo). Y lo que es más, ¡este sensor necesita solo 3 segundos para detectar THO! Pudo hacerlo incluso en sangre entera bovina. Este sensor portátil, de bajo costo, confiable y rápido tiene estabilidad a largo plazo y se puede utilizar para la detección en tiempo real de fármacos como THO, sin depender de equipos sofisticados. Además, la estrategia de fabricación proporcionada en este estudio se puede utilizar para desarrollar sensores electroquímicos eficientes para otras intervenciones clínicas.

“Los métodos existentes para el análisis de fármacos en la sangre son costosos y necesitan equipos especializados. Esto puede ser un problema para los países en desarrollo que se enfrentan a la falta de recursos y técnicos”, dijo el profesor asistente Aaryashree. “El sensor basado en papel que hemos desarrollado no solo es fácil de usar sino que también es económico y puede reducir la carga del análisis de fármacos en los países en desarrollo. Además, su prototipo se puede utilizar para desarrollar un sistema de monitorización de fármacos terapéuticos al lado de la cama, que nos alertará de cualquier sobredosis, evitando efectos secundarios en los pacientes que toman estos fármacos”.

Enlaces relacionados:
Instituto de Tecnología de Shibaura  

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