La nefropatía diabética es una enfermedad renal a largo plazo que afecta a pacientes con diabetes. La detección temprana de la nefropatía diabética puede ayudar a prevenir consecuencias graves como el daño renal irreversible. Los microARN (miARN) son biomarcadores potenciales que podrían ayudar a diagnosticar la nefropatía diabética en etapa temprana.
Estudio: Biosensor electroquímico ultrasensible para la detección de microRNA-377 basado en nanocompuesto MXene-Au y estrategia de nanoamplificación G-quadruplex. Crédito: Eviart/Shutterstock.com
En un artículo reciente publicado en la revista Electrochimica Acta, se desarrolló un biosensor electroquímico para la detección ultrasensible de miRNA-377. El biosensor se basó en la estrategia de nanoamplificación cuádruplex de guanina (G) y nanocompuestos MXene-oro (Au).
Los nanoportadores aprovecharon los efectos combinados de las nanopartículas de Au (NP) y los nanocompuestos MXene-Au y mostraron una excelente conductividad electrónica. Además, los sitios activos voluminosos generados por enlaces AuÀS en nanoportadores ayudaron a capturar e inmovilizar el ADN. La modificación de AuNP con sondas de detección de ADN de secuencia rica en G ayudó en la amplificación de la señal.
Además, la transición de sondas de detección ricas en G a G-quadruplex mejoró las interacciones entre el azul de metileno (MB) y el G-quadruplex, lo que refleja la presencia de miRNA-377 (incluso en cantidades mínimas) con una señal electroquímica mejorada.
Detección de miRNA-377 y papel de MXene en biosensores
Los miARN son ARN cortos no codificantes que desempeñan funciones importantes en varios procesos biológicos, incluida la regulación génica, la diferenciación y la apoptosis. Sin embargo, la expresión aberrante de miRNAs está asociada con muchas enfermedades humanas. Además, los miARN se secretan en los fluidos extracelulares. Estos miARN extracelulares se han descrito ampliamente como biomarcadores potenciales para varias enfermedades y sirven como moléculas de señalización que median en la comunicación de célula a célula.
La nefropatía diabética es una complicación microvascular que ocurre en los diabéticos (tanto tipo I como tipo II) y es una de las principales causas de daño renal. Estudios previos mencionaron que miRNA-377 está asociado con el desarrollo de nefropatía diabética. Con este fin, la microalbuminuria es un indicador preferido para el diagnóstico precoz de la nefropatía diabética porque el indicador de pronóstico tiene una especificidad y sensibilidad limitadas para el miARN-377.
Informes anteriores mencionaron la sobreexpresión de miRNA-377 en modelos de ratón que padecen nefropatía diabética y promueven la síntesis de fibronectina. Además, dado que los miARN-377 son estables en los fluidos corporales, sirven como marcador no invasivo en el diagnóstico de la nefropatía diabética.
Sin embargo, un método de detección y cuantificación sensible, preciso y rápido para miRNA-377 sigue siendo un desafío debido a su alta homología, secuencia corta y baja abundancia (que van desde femto a nanomolar) en los fluidos corporales.
Aunque las técnicas convencionales de detección de miARN-377, incluidas la transferencia de Northern, los microarrays y la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real, pueden detectar y cuantificar miARN-377 en suero humano, estas técnicas son costosas, consumen mucho tiempo y tienen baja sensibilidad.
Los carburos, carbonitruros y nitruros de metales de transición, o MXenes, son materiales bidimensionales (2D). Los MXenes se combinan con otros nanomateriales para lograr una alta sensibilidad en los biosensores. MoS por ejemplo2/Ti3C2 nanohíbridos y Ti3C2TXLos biosensores basados en @FePcQDs se han desarrollado previamente con un límite de detección (LOD) de 0,43 femtomoles y 4,3 atomoles, respectivamente.
Biosensor electroquímico para detección de miRNA-377
En el presente trabajo, se desarrolló un biosensor electroquímico ultrasensible basado en la estrategia de nanoamplificación G-quadruplex y el nanocompuesto MXene-Au para detectar miRNA-377 en muestras de suero humano. La autorreducción de AuNP en nanoláminas MXene dio como resultado la formación de un nanocompuesto MXene-Au, que sirvió como sustrato del electrodo y ayudó a unir la sonda de captura (CP).
Al exponer el biosensor a miRNA-377, CP interactuó con sondas de detección ricas en G modificadas en AuNP (DP-AuNP) y formó un complejo sándwich en la interfaz. Además, la activación de los iones de potasio (K+) condujo a la integración de azul de metileno (MB) en unidades G-quadruplex, formando DP-AuNP con señales electroquímicas mejoradas.
Por lo tanto, el biosensor desarrollado demostró una detección ultrasensible de miARN-377 con un rango de detección lineal de 10 átomos a 100 picomoles y un LOD muy pequeño de 1,35 átomos. A diferencia de los biosensores basados en otros nanocompuestos y otros biosensores basados en miARN-377 informados hasta ahora, el presente biosensor electroquímico estaba libre de un proceso de transcripción inversa o ciclos térmicos, lo que demuestra la concordancia del biosensor electroquímico con el miARN-377 Indicando los requisitos de detección para la sensibilidad y conveniencia, estabilidad y especificidad.
Además, el biosensor electroquímico construido en el presente trabajo mostró buena selectividad a miRNA-377 en muestras de suero humano con buena sensibilidad, lo que indica la aplicación prometedora del biosensor así construido en el diagnóstico clínico temprano y la investigación biológica de la nefropatía diabética.
Conclusión
En general, se desarrolló un biosensor electroquímico ultrasensible basado en MXene-Au y MB/DP-AuNP. El primero sirvió como material de sustrato y luego como material de mejora de la señal. El efecto sinérgico de los nanocompuestos MXene-Au aceleró la transferencia de electrones de la superficie del electrodo y mejoró el área de superficie específica.
Además, la hibridación de DP-AuNP con CP dio como resultado una estructura G-quadruplex para unirse a MB. Por lo tanto, el biosensor así construido mostró un rango de detección para miRNA-377 de 10 atomoles a 100 picomoles con un LOD de solo 1,35 atomoles.
Además, el biosensor electroquímico desarrollado tuvo aplicaciones prometedoras en la detección de miARN-377 en muestras de suero humano, lo que indica una mejor selectividad, alta sensibilidad y estabilidad de la actual plataforma de sensores de miARN en aplicaciones clínicas.
Relación
Wu Q, Li Z, Liang Q, Ye R, Guo S, Zeng S, Hu J et al. (2022). Biosensor electroquímico ultrasensible para la detección de microRNA-377 basado en nanocompuesto MXene-Au y estrategia de nanoamplificación G-quadruplex. Electroquímica Acta.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468622011021?via%3Dihub
