sábado, 16 de febrero de 2013

BIOSENSORES

            Un biosensor se puede definir como un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas,ADN, células,.....) preparado para detectar específicamente una sustancia aprovechando la exquisita especificidad de las interacciones biomoleculares y un transductor o sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y "traducirla" en una señal cuantificable. Los dos constituyentes del biosensor están integrados conjuntamente y es precisamente esta íntima unión de dos mundos opuestos (el "vivo" y el "inerte") la que le confiere a los dispositivos biosensores sus especiales características de sensibilidad y selectividad . Es frecuente confundir el término "biosensor" con un dispositivo que mide moléculas biológicas, cuando en realidad el nombre "biosensor" hace referencia a la parte receptora biológica que lleva incorporada en su interior. Por ejemplo, es poco conocido que el famoso medidor de glucosa, es un biosensor, ya que en su interior combina un electrodo (transductor) con una capa de enzimas glucosaoxidasas (receptor), encargadas de catalizar la reacción de descomposición de la glucosa. Cuando la reacción enzimática tiene lugar, el electrodo detecta un cambio redox, que es directamente proporcional a la concentración de glucosa en la sangre del paciente.


CARACTERISTICAS DE LOS BIOSENSORES:

Además de la sensibilidad y selectividad, una de las características fundamentales que hace tan atractivos a la mayoría de los biosensores es la posibilidad de realizar el análisis de la sustancia a determinar en tiempo real y de forma directa (sin necesidad de marcador) a diferencia de cualquier análisis biológico o clínico que requiere siempre un marcador (ya sea colorimétrico, fluorescente o radioactivo). Estas dos características le confieren a los biosensores la posibilidad de realizar no sólo un análisis cualitativo (si/no) y cuantitativo, sino también la posibilidad de evaluar lacinética de la interacción (constante de afinidad, asociación, disociación,...) y, por tanto, elucidar los mecanismos fundamentales de dicha interacción. Pocas técnicas biotecnológicas permiten la evaluación en tiempo real de las cinéticas de interacción, por lo que la tecnología biosensora se está imponiendo en todas aquellas áreas donde es fundamental conocer los detalles cinéticos de la interacción biomolecular, como por ejemplo, en laevaluación de fármacos potenciales.

¿Para qué sirven?

Además, las técnicas de análisis de laboratorio más habituales, ya sea de sustancias químicas o biológicas, suelen ser laboriosas, consumen mucho tiempo y en la mayoría de la ocasiones requieren personal especializado para su manejo . Frente a ellas los biosensores ofrecen la posibilidad deobtener medidas directas, continuas, de forma rápida y con alta sensibilidad. Muchos biosensores ofrecen también las ventajas del pequeño tamaño y la portabilidad, por lo que se podrían utilizar en cualquier lugar, como el hogar o la consulta del médico. Esto además significa que la cantidad de muestra para hacer el análisis es relativamente baja (de micro a nanolitros), lo que es muy importante si se trata de análisis de sangre o de ADN o si la muestra es cara o difícil de conseguir.

Receptores y transductores

Son muchos los dispositivos biosensores que se han desarrollado y muy variados los mecanismos físico-químicos de transducción que se han empleado para traducir la interacción biológica en una señal cuantificable y útil para el usuario. La clasificación de los biosensores viene impuesta tanto por la naturaleza de la biocapa receptora elegida como por el tipo del transductor empleado. Como elementos biológicos receptores se pueden emplear enzimasanticuerposreceptores proteícossecuencias de oligonucleótidosfragmentos subcelulares como mitocondrias, secciones de tejidos animales y vegetales, células completas, etc. y como transductordispositivos ópticoselectroquímicos, y mecano-acústicos, principalmente. La combinación de la diversas capas receptoras con los diferentes transductores puede dar lugar a una gran variedad de dispositivos biosensores.

CLASIFICACIÓN DE LOS BIOSENSORES:


Los biosensores, generalmente, se suelen clasificar dependiendo de la
naturaleza del material biológico y en función del sistema de transducción utilizado.

 Naturaleza del material biológico

  •  Biosensores catalíticos, cuyos receptores pueden ser enzimas, tejidos o células.Son los biosensores mejor conocidos y los más aplicados.
  • Biosensores de afinidad, donde los receptores son anticuerpos, ácidos nucleicos, receptores, etc.

Sistema de transducción

  •  Electroquímicos
  •  Ópticos
  •  Piezoeléctricos
  •  Termométricos
  •  Nanomecánicos

HISTORIA

Los biosensores, al igual que cualquier otro tipo de instrumento, han evolucionado a lo largo de la historia. Anecdóticamente, podríamos decir que los primeros biosensores fueron los canarios; ya que estas aves se utilizaban antiguamente en las minas de carbón para detectar gases tóxicos. Los canarios se mueren antes que las personas en presencia de monóxido de carbono o metano y como suelen estar cantando la mayoría del tiempo el hecho de que no lo hicieran se convertía en una alarma sonora.
Pero, al margen de este hecho anecdótico, se puede decir que el padre de estos dispositivos es Leland C. Clark Jr., que en 1956 finalizó sus trabajos con el electrodo de O2, pero no se conformó y con la idea de ampliar su uso al de medir más analitos en el cuerpo humano, en 1962 propuso hacer sensores “más inteligentes”. Lo que él quería decir con esto era que sería una buena idea combinar las enzimas y otros materiales biológicos con los sensores electroquímicos que había hasta esa época. Con esta idea, y con la ayuda de Lyon, construyó el primer biosensor!!! Este consistía en un electro de O2 con la enzima glucosa oxidasa inmovilizada. Este biosensor permitía relacionar directamente la concentración de glucosa con la disminución de la concentración de oxígeno. Posteriormente, Guilbault y Montalvo detallaron el primer electrodo enzimático potenciométrico basado en la inmovilización de la enzima ureasa sobre un electrodo selectivo de amonio.
En 1975 esto se convirtió en una realidad comercial, poniéndose a la venta el primer analizador de glucosa basado en la detección amperométrica de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en Ohio. Este fue el primer biosensor a la venta de los muchos que se comercializarían más adelante. También en este mismo año Divis se preguntó: ¿por qué no usamos las bacterias como elemento biológico en los biosensores para medir la cantidad de alcohol en una muestra? Esta pregunta causó un gran revuelo en muchas grandes empresas de medio ambiente de Japón y otros lugares que se pusieron en marcha en su investigación y no tardaron mucho tiempo en desarrollar los electrodos microbianos. Un año antes se comenzó a usar transductores térmicos (termal enzyme probes) y los termistores enzimáticos (enzyme thermistors). Posteriormente se comenzó a usar los biosensores basados en fibra óptica, que originaron la aparición de los denominados “optados”. Éstos se usaron en un primer momento para la determinación de CO2 y O2.
Más o menos 15 años después de la construcción del primer biosensor, Clemens incorporó un biosensor de glucosa en un páncreas artificial que se comercializó como el Biostator. Actualmente este biosensor ya no está en venta. En este mismo año una empresa Suiza construyó un biosensor que utilizaba la lactato deshidrogenasa; éste fue muy útil para mejorar los análisis en clínica y en deportes. En 1982, basándose en la utilización de mediadores electroquímicos para favorecer la transferencia de electrones desde el centro redox de una enzima a la superficie del electrodo se construyeron la nueva generación de biosensores electroquímicos. Basándose en esto se describió la implantación de un biosensor subcutáneo para la determinación de glucosa.
Volviendo a la década de los 70; en ella también se intentaron construir inmunosensores inmovilizando anticuerpos y utilizando transductores piezoeléctricos o potenciométricos, aunque fue en la década de los 80 cuando Liedberg los comercializó con éxito. En 1987 mediante la utilización de mediadores electroquímicos inmovilizados en electrodos enzimáticos serigrafiados se consiguió construir el “bolígrafo” para el seguimiento personal de glucosa en la sangre!!! comercializado por MediSense. Actualmente las compañías Abbott Boehringer Mannheim y Bayer dominan las ventas de éste bolígrafo lo que da lugar a unas ventas del orden de varios cientos de millones de dólares; y está desbancando casi totalmente a los métodos convencionales de medir la glucosa.
Actualmente existen multitud de biosensores en los cuales se combinan la amplia diversidad de componentes biológicos (enzimas, ácidos nucléicos, receptores celulares, anticuerpos y células intactas) con los diferentes tipos de transductores (electroquímicos, ópticos, piezoeléctricos, termométrica). Éstos se pueden utilizar en numerosos problemas de la actualidad como el análisis clínico, de alimentos, bebidas, vigilancia del medio ambiente, defensa, seguridad y muchas más áreas


USOS Y APLICACIONES:

Algunos aplicaciones y campos en los que son posible la utilización de los biosensores en el enlace.

  • ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO DE UN BIOSENSOR

 La muestra a analizar se pone en contacto con un dispositivo, siendo posible detactar solo al analito (+), para el que está diseñado el receptor biologico. Cuando tiene lugar la reaccion de reconocimiento biológico se producen una serie de cambios físico-químicos detectados por el transductor, que produce una señal cuantificable, directamente proporcional a la concentración de analito.

NOTICIAS

BIOSENSORES COMO DETECTORES CANCERÍGENOS

Método ha sido patentado por el Institut Català de Nanotecnología (ICN) y la Universidad de Vigo. 
Biosensor que hace mas fácil y rápida la detención de cánceres precoz, clave  para posibles tratamientos





BIOSENSORES COMO DETECTORES MAS EFICIENTES


Noticia de relevancia en la detención rapida y eficaz de diferentes drogas y hasta enfermedades infecciosas, de elevancia repercusión en todo el ámbito científico publicado en le Journal of American Chemical Society (JACS).

BIOSENSORES ALERTAN DE ALERTAS ALIMENTICIAS


Proyecto de investigación que puede tener gran repercusión en la vida, debido a la gran facilidad de detención de posibles alergias alimentarias en análisis con una gota de sangre y en un tiempo breve. Podría tener gran relevancia de su posible implantación en las consultas de pediatría para la detención en los primeros años de vida.

BIOSENSORES DE ORO PARA DETECTAR PROTEINAS DE LA SANGRE

“Si utilizamos un símil, nuestro sensor es un velcro molecular: por un lado se adhiere a la plancha de oro y por otro permite capturar anticuerpos de forma ordenada”, explica Antonio Caruz, investigador de la Universidad de Jaén.

Para detectar hormonas o virus en la sangre, y este metodo que detecta de forma ordenada presenta ventajas de tiempo de análisis sobre el método utilizado hasta ahora "metodo ELISA".



BIOSENSORES QUE TE CUIDAN

Biosensor capaz de detectar iones sodio y potasio en el sudor de las personas cuando están realizando alguna actividad  deportiva, que facilitaria la prevención de problemas como los golpes de calor en las personas propensas.
La investigación se basa en buscar un dispositivo pequeño y barato, para que sea de utilidad.

BIOSENSORES PARA ELIMINAR BACTERIAS DE LOS ALIMENTOS


Un biosensor basado en la aplicación de nanotecnología en tiras de carbono con anticuerpos reactivos a la "Listeria Monocytogenes" que es la bacteria responsable de la Listeria que en EEUU mata a mas de 750 personas anualmente.



Seria un método barato de eliminar esta bacteria en los alimentos.




NUEVO BIOSENSOR DETECTOR DE DROGAS


Biosensor detector de cocaína que mejora a los existentes hasta el momento y publicado recientemente la investigacion en el jacs. Además la detención de muchas drogas en tiempos muy reducidos podria ser capaz gracias a este tipo de biosensor, q lo mejoraron observando el comportamiento de la naturaleza.


BIOSENSORES PARA EVALUAR EL VINO


"Para medir ciertos parámetros del vino existen técnicas como la cromatografía que requieren una instrumentación muy compleja. Por eso, este proyecto se propone desarrollar un sistema mucho más sencillo para que el propio bodeguero pueda realizar las mediciones", comenta Julia Arcos, que lidera el grupo de investigación burgalés.
Esta investigación busca cuantificar las caracteristicas de los vinos de una manera mas rápida y económica que los metodos usados hasta ahora.
Supone una innovacion de posible utilidad para los bodegueros para evaluar la calidad de sus vinos.

VIDEO SOBRE LOS BIOSENSORES

Intervención de la profesora "BEATRIZ LÓPEZ RUIZ FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID". En la que explica de forma bastante didactica que son y la utilidad de los biosensores, ademas de su relevancia, y especialmente.
Después de una introducción general   hace referencia especialmente a los biosensores electroquímicos.


DETECTORES DE GLUCOSA


Fueron los primeros biosensores utilizados y descubiertos alrededor de 1962. A lo largo de los años se han descubierto diferentes mejoras para esta aplicación tan importante que se considera de gran utilidad y de gran relevancia para la mejora de la calidad de vida de las personas diabéticas.

BIOSENSORES DE GLUCOSA

Ilustra: el funcionamiento,reacciones, requerimientos ...
Y nos explica como el polimero tipo melanina mezclado con las propiedades eledtrocataliticas del Pt  hacen que aumente su selectividad y su sensibilidad.Este tipo de polimeros permite tener un biosensor de glucosa mas sensible, mas selectivo y mas estable.


BIOSENSORES COMO DETECTORES DE GLUCOSA

Uso de biosensores para la detención de la glucosa en sangre basado en el descubrimiento que los mecanismos de unión entre proteínas tradicionalmente pensado como independientes están mas relacionados entre si de lo que se creía, con solo una pequeña y sutil diferencia entre ambos, y la relevancia de este hallazgo es la comprension de esa diferencia.


USO DE BIOSENSORES PARA DETERMINAR CONTAMINATES 

PROBLEMAS CON EL As

En la actualidad en Bangladhes(pais con mayor problema de contaminación con As) el agua de cada pozo se analiza con una prueba quimica, los resultados de esta prueba no son muy fiables por debajo de los 70microgramos por litro, por lo que muchos pozos considerados seguros estan por encima del maximo aceptado.
Investigadores europeos consiguieron un tipo de biosensores capaces de detectar arsénico a concentraciones mucho mas bajas que los métodos actuales, no liberan sustancias quimicas tóxicas al ambiente y serían mas baratas. Pero se usan microorganiscmos modificados geneticamente que al usar esta técnica pueden ser liberados al exterior.Si pudieramos sacr este inconveniente los biosensores serían una buena tecnica para detectar contaminates con una alta sensibilidad y coste reducido.

SENSORES PARA DETECTAR RESTOS DE "HERBICIDAS"


Metodo para la detencion de restos de antrazinas  (triazinas) que son substancias quimicas usadas en los herbicidas y causantes de importantes contaminaciones en aguas y evitar que no lleguen a la cadena alimentaria.
Este método permite la detencion de 0.006 microgramos por litro.
Método mas rápido y barato que los cromatografos que se utilizaban hasta ahora.

DETECTORES BACTERIANOS FLUORESCENTES.


Un equipo de biólogos y bioingenieros de la Universidad de California en San Diego, sistema compuesto de millones de células bacterianas que brillan al unísono de manera intermitente.,consiguieron fabricar biosensores capaces de detectar la presencia de sustancias nocivas u organismos patógenos en cualquier lugar durante un periodo de tiempo extenso.
Estos biosensores tendrían varias ventajas. Por un lado, como están formados por organismos vivos, podrán responder a cualquier cambio en la presencia o cantidad de toxinas, algo que los sensores químicos no pueden hacer.
Debido a que las bacterias son sensibles a diversos patógenos podrían utilizarse como detectores de diversos tipos de substancias.
Se generan introduciendo fluorescencia a las bacterias.

DETECTOR DE AGENTES BIOLOGICOS


Biosensor creado para las fuerzas aereas para la determinación de la contaminación por agentes biológicos en una determinada geografía.
El prototipo es de un solo uso, con la posibilidad de facil y rápida deteción, y la posibilidad de mandar para un posterior analisis al laboratorio. Además de fácil interpretación del peligro.

BIOSENSORES MICROBIOLÓGICOS


Trabajos en la creación de un biosensor de fácil uso y detención "in situ" de contaminantes diferentes en los alimentos.


RESUMEN

Como hemos visto, hemos hablado primero de que son los biosensores y el funcionamiento de estes, asi como una breve clasificación. Los biosensores son de gran utilidad en la vida moderna y significaron una mejora muy significativa de las capacidades de predición y de muestreo de los diferentes campos cientificos.
Tienen una variedad de usos enorme, desde aplicaciones tan importantes como deteción de glucosa en sangre, cosa que mejoro la calidad de vida de miles de personas con diabetes, pasando por la diferente determinación de enfermedades muy variadas, y la futura posibilidad de ampliar los usos en nivel de salud mucho mas aun.
Además de miles de usos en todos los campos, desde la prevención a usos mas bien  ociosos, y en muchos campos. Tambien tienen gran aplicación para prevenir las contaminaciones en diferentes campos.
En conclusión, los biosensores son más o menos reciente descubrimiento, y un campo de investigación para futuros usos y mejoras de la calidad de vida muy amplias.