Desarrollo de fases sensoras para la detección de marcadores tumorales con sensores electroquímicos y ópticos

Zusammenfassung

Dentro del extenso campo de los receptores naturales utilizados en transductores electroquímicos, las enzimas destacan por ser capaces de reconocer específicamente analitos substrato, amplificar de manera efectiva la señal analítica mediante su elevada actividad catalítica, y por su estabilidad al inmovilizarse sobre la superficie del transductor. Sin embargo, además de tener una vida limitada, el sitio activo de la enzima está a menudo profundamente enterrado dentro de la misma, lo que unido a la difusión limitada en una celda estacionaria convencional, puede producir la pérdida de la señal analítica por un mal contacto eléctrico entre la superficie conductora del transductor y la fase sensora. Los receptores biomiméticos presentan un comportamiento similar a sus homólogos enzimáticos naturales, pero son materiales sintéticos estables y fáciles de manipular que mejoran las características de las enzimas y que permiten descubrir nuevas e importantes aplicaciones biotecnológicas. Dentro de este grupo de macromoléculas, los polímeros molecularmente impresos con actividad catalítica son uno de los menos estudiados. Estos materiales, ofrecen una mayor resistencia mecánica, química y térmica además de ser fácilmente sintetizados en grandes cantidades con una estructura altamente específica contra analitos para las que incluso no existe un receptor natural. Teniendo en cuenta sus propiedades, en este trabajo se presenta un nuevo enfoque hacia el desarrollo de sensores electroquímicos biomiméticos. El sustrato seleccionado es el ácido 5-hidroxiindol-3-acético (5-HIAA), un metabolito urinario utilizado como marcador de tumores carcinoides. Dada la carencia de bibliografía relacionada con los procesos de electrodo de esta sustancia, se ha estudiado en primer lugar la oxidación electroquímica del 5-HIAA sobre electrodos sólidos de carbono. Evaluando el comportamiento del 5-HIAA en medios de incubación con la enzima natural y en presencia peróxido de hidrógeno se ha podido determinar mediante HPLC-MSD la estructura de los productos de reacción. Los resultados obtenidos mediante ambas vías oxidativas han permitido postular un mecanismo convergente con el cual se puede explicar la selección de la señal analítica que será monitorizada en el desarrollo del sensor voltamperométrico. Usando 5-HIAA como molécula molde, se han sintetizado nuevos materiales composites hechos de núcleos magnéticos con una corteza porosa molecularmente impresa como fase de reconocimiento. Polimerizando Hemina y monómeros acrílicos sobre partículas magnéticas como núcleo previamente protegidas por una capa de gel de sílice, se obtiene una enzima artificial con actividad peroxidasa. El material híbrido resultante se puede separar magnéticamente y posee una excelente capacidad catalítica para la oxidación selectiva del marcador tumoral. La suspensión del material resultante se adhiere magnéticamente sobre un electrodo serografiado de carbono con un imán permanente permitiendo que el producto de la oxidación catalítica del 5-HIAA generado en la fase sensora sea monitorizado por voltamperometría de pulso diferencial. Este sensor permite la detección de 5-HIAA con buena sensibilidad (0,72 ± 0,01 nA ¿M-1) y una respuesta lineal en un intervalo de concentraciones que cubre toda la ventana de niveles urinarios normales y patológicos del 5-HIAA, 1-50 ¿M (0,2 a 9,6 ppm) con un límite de detección de 1,4 micras (0,27 ppm). Este sensor permite analizar muestras de orina de individuos sanos, con concentraciones conocidas de 5-HIAA, dando buenos valores de recuperación y reproducibilidad a concentraciones normales y patológicas (recuperaciones del 90-100 %, con RSD por debajo del 10 %). Por otro lado, se evaluaron derivados del viológeno (V2+) como elementos de reconocimiento para el desarrollo de sensores espectrofotométricos. El bencil viológeno (BV2+) y el p-polixililviologeno-Br2 (PPXV2+-Br2) muestran una fuerte interacción donor-aceptor con el 5-HIAA, produciendo un fuerte complejo de transferencia de carga. El estudio espectroscópico muestra buenos resultados de selectividad con otros compuestos de tipo 5-hidroxiindol y marcadores tumorales que se encuentran comúnmente en la orina. Mediante la unión covalente a portamuestras de oro funcionalizadas con cistamina se ha evaluado al viológeno como fase de detección para dispositivos de SPR. El sistema de reconocimiento muestra una buena respuesta para el 5-HIAA en el intervalo 0,5-50 mM con una selectividad adecuada contra interferencias urinarias probadas, haciendo posible el desarrollo futuro de sensores SPR en muestras reales.