Nano(bio)sensores electrouímicos y plasmónicos para la cuantificación de biomarcadores de relevancia clínica

Tesis

Resumen *

Los biosensores representan una interesante alternativa para el desarrollo de estrategias que permitan la detección descentralizada de biomarcadores (indicadores de diagnosis/prognosis de una enfermedad), por las múltiples ventajas que ofrecen en cuanto sensibilidad, selectividad, posibilidad de miniaturización, uso amigable, entre otros.En la presente Tesis Doctoral se desarrollaron nano(bio)sensores electroquímicos y plasmónicos basados en el empleo de nanoestructuras de carbono funcionalizadas con (bio)moléculas racionalmente seleccionadas para la cuantificación de biomarcadores de relevancia clínica, asociados con varios tipos cáncer, con el COVID-19 y con enfermades metabólicas, sentando las bases para futuras aplicaciones descentralizadas. En el caso del cáncer, enfermedad que causó 1,4 millones de muertes en todo el mundo en el año 2022, la mayoría de los métodos no detectan la enfermedad en sus primeros estadios, por lo que el desarrollo de herramientas (bio)analíticas que posibiliten un diagnóstico temprano, constituye un gran reto para la Química Clínica/Medicina contemporáneas. El diagnóstico de COVID-19, enfermedad responsable de 7 millones de muertes hasta el año 2023, se hace fundamentalmente con la técnica “gold standard”, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), la cual es costosa y requiere tiempo y personal especializado, por lo que surge la necesidad de desarrollar metodologías para la detección rápida y amigable del SARS CoV-2.La Parte 1 presenta el marco teórico-metodológico de la Tesis.En el Capítulo 1 se hace una introducción general fundamentada en tres ejes: I) biomarcadores, describiendo su empleo como agentes de diagnóstico, pronóstico y seguimiento terapéutico de diversas enfermedades, II) biosensores, donde se discute sobre sus componentes, clasificación y su rol fundamental en la química clínica moderna y III) nanoestructuras de carbono, específicamente grafeno y nanotubos de carbono,describiendo sus características generales, la relación entre la estructura y las propiedades electroquímicas y ópticas, y el efecto que estas tienen sobre la performance analítica de los biosensores desarrollados.En el Capítulo 2 se discuten las técnicas empleadas y se describen los fundamentos y conceptos necesarios para la comprensión de los resultados presentados, así como el equipamiento y las metodologías utilizadas.La Parte 2 de esta Tesis se centra en los resultados alcanzados y las conclusiones finales.En el Capítulo 3 se reporta la construcción de dos plataformas genosensoras para la cuantificación del microRNA-21, importante biomarcardor de diversos tipos de cáncer: una impedimétrica, basada en el empleo de óxido de grafeno reducido químicamente unido covalentemente a quitosano; y otra plasmónica, basada en el autoensamblado de bicapas de óxido de grafeno y poli(dialil-dimetilamonio).En el Capítulo 4 se aborda el desarrollo de una novedosa plataforma multipropósito basada en el empleo de nanotubos de carbono de pared múltiple dispersos en avidina y su aplicación en la construcción de dos genosensores impedimétricos dirigidos a la cuantificación del gen BRCA1, biomarcador asociado a cáncer de mama y de ovario, y del ácido nucleico copia del ARN del SARS CoV-2.En el Capítulo 5 se propone el empleo de la inmunoglobulina G humana como nuevo agente exfoliante de nanotubos de carbono de pared múltiple, y se presenta la caracterización del nanohíbrido por técnicas electroquímicas y no electroquímicas y se discute su empleo para la construcción de diversos (bio)sensores, basados en dos aspectos principales: I) en las propiedades de biorreconocimiento de la inmunoglobulina que soporta los nanotubos de carbono de pared múltiple, dando lugar a una estrategia inédita y de gran versatilidad para el futuro desarrollo de inmunosensores y II) en laspropiedades electrocatalíticas de los nanotubos de carbono de pared múltiple exfoliados.En el Capítulo 6 se presentan las conclusiones generales de este trabajo de Tesis. Información suministrada por el agente en SIGEVA