Biofunctional nanoparticles for magnetic immunoassaysapplication to the detection of pneumolysin for the rapid diagnosis of pneumococcal pneumonia.

Resum

El desarrollo de la humanidad conlleva nuevos problemas: la sobrepoblación y su envejecimiento, la globalización, el calentamiento global y la contaminación ponen en jaque a las administraciones cada día. Así, hoy el cáncer es la enfermedad que más muertes causa, un virus se propaga de una zona del mundo a su opuesta en un abrir y cerrar de ojos, las bacterias resistentes a los antibióticos no paran de crecer y tenemos un alto riesgo de contaminación en nuestra comida por residuos farmacéuticos o agrícolas. Para abordar estos problemas de forma rápida y eficaz se necesitan herramientas de detección que permitan, in situ, obtener resultados fiables de modo sencillo y en el menor tiempo posible. Este tipo de dispositivos, denominados point-of-care, no dependen de equipos sofisticados o personal cualificado, siendo de gran utilidad especialmente en áreas de difícil acceso y países en desarrollo. En la actualidad, los inmunoensayos de flujo lateral son los test point-of-care más utilizados. El test de embarazo casero o los test rápidos de antígenos utilizados durante la pandemia del COVID-19 son los ejemplos más relevantes. Sin embargo, algunas mejoras como el aumento de su sensibilidad o la posibilidad de cuantificación del analito permitirían que su uso fuese más extensivo. El uso de nanopartículas magnéticas como marcas de detección permitiría alcanzar ambos propósitos. El objetivo general de esta tesis es el estudio y caracterización de nanopartículas magnéticas para su aplicación en inmunoensayos de flujo lateral que permitan detectar y cuantificar biomoléculas de interés, mediante un sensor inductivo y optimizando su sensibilidad. Las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas magnéticas son múltiples. El primer capítulo describe unas nanopartículas de magnetita con una doble capa de ácidos grasos diferentes: se caracterizan fisicoquímica, estructural y magnéticamente y se aplican en resonancia magnética nuclear, hipertermia magnética y ensayos de biodetección. Los resultados demostraron que dichas nanopartículas (1) superan el rendimiento del agente comercial de contraste de referencia; (2) presentan una excelente capacidad de calentamiento, y (3) pudieron ser utilizadas como marcas en ensayos cuantitativos mediante el modelo de afinidad biotina- neutravidina. El segundo capítulo describe la búsqueda de nanopartículas de magnetita con las propiedades óptimas para su uso en el sensor inductivo. Para ello se sintetizaron diferentes muestras de magnetita por descomposición térmica, concluyéndose que la susceptibilidad magnética inicial es un parámetro esencial para una buena detección, siempre que estas se encuentren dentro del régimen superparamagnético. También se estudió su respuesta en los ensayos de flujo mediante el modelo de afinidad biotina-neutravidina, constatándose que la producción de aglomerados anterior o durante el proceso de bioconjugación aumenta la señal por unidad de biomolécula a detectar, amplificando la señal. En los dos últimos capítulos se describe el uso de las nanopartículas de magnetita con características óptimas en dos aplicaciones de interés clínico real: la detección de los anticuerpos generados por SARS-CoV-2 y la cuantificación de neumolisina. Esta última es una proteína cuya presencia en la orina indica neumonía neumocócica. Las pruebas de diagnóstico actuales requieren tomas invasivas y no son concluyentes, por lo que muchas veces se prescriben antibióticos indiscriminadamente. El test desarrollado supone una herramienta útil para la detección de neumolisina que además aprovecha las propiedades magnéticas de los clústeres de nanopartículas para preconcentrar muestras cuyas concentraciones están fuera del límite de detección y aumentar la señal del test gracias a la recolocación magnética. Por último, también se detectaron anticuerpos de SARS-CoV-2 en las concentraciones de interés clínico, lo que permitiría monitorizar la respuesta inmune de la población, tanto durante la infección como tras su vacunación.