La tuberculosis se ha convertido en la infección que más muertes provoca en el mundo —con excepción de 2020 por el Covid-19— con 1.4 millones de fallecidos solo en 2019 y más de mil millones de víctimas en los últimos dos siglos.
El año previo a la pandemia se estima que se enfermaron de tuberculosis diez millones de personas en todo el mundo: 5.6 millones de hombres, 3.2 millones de mujeres y 1.2 millones de niños. La tuberculosis está presente en todos los países y grupos de edad.
La conocida enfermedad infecciosa es causada por Mycobacterium tuberculosis, una bacteria que casi siempre afecta a los pulmones. Cabe recordar que este bacilo fue descubierto por el médico alemán Robert Koch en 1892 como causante del mal responsable de una de cada cuatro muertes en aquella época.
Como el Covid-19, la infección por el bacilo tuberculoso se transmite de persona a persona a través del aire: cuando un enfermo de tuberculosis pulmonar tose, estornuda o escupe expulsa bacilos tuberculosos a la intemperie. Basta con que una persona inhale unos pocos de estos bacilos para quedar infectada.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que entre 2000 y 2019 se salvaron 60 millones de vidas gracias al diagnóstico y el tratamiento de la tuberculosis. El desafío consiste en lograr un análisis certero.
Investigadores de la UNAM hicieron suyo el reto de lograr un dispositivo de diagnóstico de la tuberculosis más confiable que los métodos tradicionales. Para ello desde distintas áreas del conocimiento aportaron su experiencia en el diseño de un inmunosensor interferométrico que se espera sea más eficaz y rápido en la detección de este padecimiento y menos subjetivo que el cultivo rutinario de esputo y la prueba cutánea de la tuberculina que por décadas se han utilizado en los laboratorios y hospitales.
Contactada por Vértigo, Mildred S. Cano Velázquez cuenta que luego de estudiar una maestría en la Universidad de Salamanca regresó a la UNAM (su alma mater) y concibió la idea del dispositivo como parte de su investigación doctoral en el Instituto de Investigaciones en Materiales. Para concretarlo llamó como su director de tesis y asesor al doctor Juan Hernández Cordero, experto en dispositivos y sensores de fibra óptica y rayos láser.
Originalmente ingeniera en Telecomunicaciones la universitaria también fue asesorada por la doctora Luz María López Marín, quien sobresale por sus estudios en la identificación de productos inmunosupresores de origen bacteriano y la descripción de nuevos reactivos para diagnóstico inmunológico de tuberculosis.
La colaboración entre Cano Velázquez, Hernández Cordero y López Marín rindió frutos y concretaron un sensor interferométrico que contribuirá en la detección oportuna de la tuberculosis y además se podrá fabricar en serie fácilmente.
La actual doctora en Ingeniería Eléctrica e Instrumentación explica que “la funcionalidad del inmunosensor interferométrico se basa en un principio básico de la óptica: la interferencia de ondas de luz, que en este caso se genera en la punta de una fibra óptica. La señal interferométrica se ve afectada cuando hay una interacción entre el sensor y los anticuerpos que genera la bacteria de la tuberculosis. En síntesis, el dispositivo registra las interacciones entre antígenos y anticuerpos”.
Detección rápida
Precisamente esa afectación a la señal interferométrica se registra, mide y analiza mediante un software desarrollado por Cano Velázquez, quien además armó diferentes sensores a nivel experimental (con base en interferómetros Fabry-Perot). En cada uno de ellos las puntas de fibra óptica se recubrieron con un polímero comercial llamado polidimetilsiloxano (PDMS), el cual sirve como soporte para lípidos activos de Mycobacterium fortuitum, “utilizado como fuente sustituta de antígenos para el hallazgo de tuberculosis”.
Durante pruebas de laboratorio los sensores con lípidos activos se sumergieron en distintos sueros de conejo que contenían anticuerpos de tuberculosis. Luego se registraron alteraciones en las características espectrales de los sensores, las cuales se asocian a las interacciones registradas entre esos lípidos y los anticuerpos.
Los resultados muestran que los inmunosensores distinguen de modo correcto sueros que contienen anticuerpos. Permiten también una detección en tiempo real y drásticamente más rápida, a diferencia de los métodos convencionales de diagnóstico de tuberculosis como la prueba cutánea de tuberculina y el análisis de esputo del paciente, cuyos resultados pueden demorar entre 48 y 72 horas. Estas pruebas, además, no son 100% confiables.
Por otra parte las puntas de fibra óptica son reutilizables. “Se pueden lavar y volver a utilizar varias veces, lo cual reduciría costos con relación a otros métodos de diagnóstico con base en fibra óptica cuyas puntas son desechables”, comparte Cano Velázquez.
Los tres científicos coinciden en señalar que el interferómetro actúa como una plataforma general de biorreconocimiento que podría aplicarse para la revelación de otras enfermedades que causan virus y bacterias, entre ellas el Covid-19 que provoca el coronavirus SARS-CoV-2.
La clave, apunta la joven innovadora, es encontrar antígenos o anticuerpos que se puedan adherir a las puntas de fibra óptica recubiertas con polidimetilsiloxano o con otro polímero.
En el caso de la tuberculosis el conocimiento bioquímico de la doctora Luz María López Marín, del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, fue fundamental para entender el biorreconocimiento; vale decir que la catedrática dilucidó cómo es la adhesión de los antígenos a las puntas recubiertas con el polímero PDMS y la posterior detección de anticuerpos.
Con conocimientos de óptica, fotónica y láseres, expresa que en México se ha venido estudiando el uso de biosensores de interferencia óptica para descubrir el coronavirus. Con el tiempo se espera que la técnica permita realizar test rápidos y económicos de Covid-19.
La especialista pone en claro que sí hay pruebas de diagnóstico de tuberculosis más complejas, como la reacción en cadena de polimerasa. Sin embargo resulta muy costosa para un país como México, que requiere de herramientas para diagnosticar este mal a gran escala.
También anota que en el caso del sensor de inmunidad a tuberculosis se requieren únicamente materiales baratos, es un instrumento compacto y sencillo (125 micrómetros) porque está en la punta de una fibra óptica, por lo cual posee un gran potencial comercial. “Podemos prever que su uso no será complicado ya que es un sensor por absorción física y solo basta obtener una gotita de sangre que queda adherida por fuerzas estáticas a la punta de fibra óptica”.
Aún faltan, reconoce Cano Velázquez, más pruebas y experimentos con el fin de optimizar el sensor y que esté listo para su transferencia tecnológica. “Estamos como a la mitad de un prototipo para llevarlo al siguiente nivel, que serían exámenes en humanos”.
RECUADROS
Una vacuna de 100 años
El microbiólogo León Charles Albert Calmette y el veterinario Camille Guérin demostraron que la inoculación en los pacientes del microbio vivo y debilitado de la tuberculosis bovina podía generar anticuerpos en humanos. En julio de 1921 un niño francés se convirtió en la primera persona en recibir una dosis de una vacuna experimental llamada Bacilo Calmette-Guérin o BCG en honor a sus creadores.
La vacuna puede administrarse a personas con alto riesgo de contraer tuberculosis.
Aunque proporciona inmunidad lo hace con limitaciones: solo protege de las formas más graves a los niños, no a adultos, y tampoco funciona contra la forma más común de la enfermedad, la pulmonar.
Pese a que la investigación por encontrar una sustituta mejor nunca se ha detenido, 100 años después no se halla todavía un reemplazo. Curiosamente también se usa para tratar los tumores a la vesícula o el cáncer de vejiga.