Punto de atención con Raman: detección de cáncer, infecciones y más

25 mar. 2024

Artículo

La industria médica es una nueva frontera para la espectroscopia Raman. En los últimos años, Raman se ha utilizado en estudios dentales y sobre el cáncer, y ahora está aprovechando este éxito extendiéndolo a aplicaciones de punto de atención (POC). Este artículo ofrece una descripción general de algunas investigaciones muy nuevas y apasionantes sobre el uso de la espectroscopia Raman para la detección de tejido canceroso, biomarcadores de enfermedades y patógenos que causan enfermedades.

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Detección de infección ósea con un espectrómetro Raman portátil
Espectroscopía Raman para la detección del cáncer.
Espectroscopia Raman tradicional en la evaluación del cáncer de mama.
SERS para la detección y medición de biomarcadores de cáncer de páncreas
Ensayo rápido en el punto de atención (POC) para la detección de COVID-19 a nivel de femtograma
Inmunofenotipado múltiple de células sanguíneas y de cáncer de mama con espectroscopia Raman
Fácil detección de enzimas con el efecto electroquímico-SERS.

Detección de infección ósea con un espectrómetro Raman portátil

Las complicaciones por infección son un problema grave para el uso de injertos óseos humanos en cirugía musculoesquelética. Estafilococo epidermidis y Estafilococo aureus son los culpables más comunes de las infecciones relacionadas con los huesos y el tratamiento de estas bacterias es extremadamente difícil.

Espectroscopía Raman para la detección del cáncer.

Los espectros de «huellas dactilares moleculares» de Raman pueden ser lo suficientemente sensibles como para detectar los cambios químicos que acompañan a las enfermedades. Los espectrómetros Raman compactos pueden ayudar a los cirujanos a evaluar tumores durante los procedimientos quirúrgicos para una toma de decisiones más rápida. Ejemplos de aplicación para cáncer de mama y cáncer de páncreas se analizan en las siguientes secciones.

Espectroscopia Raman tradicional en la evaluación del cáncer de mama.

Cuando se sospecha cáncer de mama, generalmente se requiere una cirugía para realizar una biopsia y una segunda para extirpar los tumores malignos. La capacidad de evaluar los tejidos sospechosos durante la cirugía preliminar permite su extracción inmediata, si es necesario. El beneficio para el paciente y para la industria médica es inestimable, y las investigaciones sugieren que la espectroscopia Raman puede satisfacer esta necesidad para algunos tipos de cáncer.

La espectroscopia Raman es lo suficientemente sensible como para detectar cambios en el tejido que resultan de muchos tipos de cáncer. Por ejemplo, existen diferencias muy sutiles en los espectros Raman del tejido mamario sano y de los tumores malignos. Investigadores del Reino Unido utilizaron un dispositivo de laboratorio i-Raman de alta resolución (Figura 1) y herramientas multivariadas, incluido PCA, para una discriminación exitosa de tejidos sanos y cancerosos [2].

SERS para la detección y medición de biomarcadores de cáncer de páncreas

SERS (espectroscopia Raman mejorada en superficie) puede ser una solución cuando Raman no es ideal para el análisis. Este puede ser el caso en situaciones en las que el objetivo existe en una matriz de muestra compleja o debido a la fluorescencia de moléculas a base de carbono. SERS mejora la señal Raman, pero no la señal de fluorescencia competitiva. Además, el efecto SERS permite la detección sensible de analitos a niveles de mg/L, a veces hasta µg/L. Finalmente, los picos de SERS son nítidos y bien definidos, lo que permite una detección e identificación eficientes de los analitos objetivo.

Para obtener más información sobre SERS, lea nuestra publicación de blog anterior sobre este tema.

Raman vs SERS… ¿Cuál es la diferencia?

El cáncer de páncreas es mortal, en parte porque es difícil de diagnosticar. Sin embargo, hay algunos biomarcadores que están presentes en niveles elevados en aproximadamente el 75% de los casos positivos.3]. Estos se pueden detectar con ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas (ELISA), que miden una variedad de biomarcadores, incluidos anticuerpos, antígenos y proteínas.

En una técnica emergente, se utilizó un espectrómetro de laboratorio i-Raman en la Universidad de Utah para análisis SERS junto con ELISA para detectar un antígeno asociado con el cáncer de páncreas.2]. La señal SERS se generó a partir de una molécula informadora complejada con una nanopartícula de oro y el analito objetivo en un inmunoensayo de flujo lateral o «sándwich» clásico (Figura 2). Se trata de una técnica increíblemente precisa que permite una detección muy sensible (con potencial de cuantificación) del biomarcador de interés.

Ensayo rápido en el punto de atención (POC) para la detección de COVID-19 a nivel de femtograma

Inmunofenotipado múltiple de células sanguíneas y de cáncer de mama con espectroscopia Raman

Otro estudio utilizó MIRA DS para evaluar un ELISA portátil basado en SERS para la inmunofenotipificación de diferentes tipos de superficies de células rojas de la sangre y de cáncer de mama.5]. Distinguir células sanas y enfermas y detectar múltiples objetivos biológicos en una muestra puede respaldar el tratamiento informado de diferentes tipos de cáncer de mama.

Este ensayo tenía "especificidad, sensibilidad y repetibilidad para... inmunofenotipado en diferentes tipos de células [utilizando] un volumen de muestra de análisis más pequeño en comparación con... los inmunoensayos multiplex convencionales", y era menos "requerido de mano de obra y técnicamente sencillo de realizar". Los autores elogiaron la Escaneo ráster orbital para mejorar la sensibilidad de su ensayo a través de un área más grande de interrogación y mediciones promediadas espacialmente.

Los ensayos de flujo de multiplexación tradicionales pueden verse limitados por la disponibilidad de tinciones de diferentes colores y la interpretación de los resultados. También están asociados con una gran huella de laboratorio. Por el contrario, este método basado en espectroscopia Raman portátil ofrece la posibilidad de obtener resultados POC precisos con un tiempo rápido de muestra a resultado, capacidad de multiplexación y un instrumento muy compacto.

Fácil detección de enzimas con el efecto electroquímico-SERS.

Conclusión

La tecnología Raman realmente se está utilizando de formas innovadoras. Grupos de investigación de todo el mundo están aplicando sus considerables beneficios (incluyendo sensibilidad, detección de rastros, factor de forma pequeño y resultados rápidos) para detectar tejido canceroso, biomarcadores de enfermedades y patógenos que causan enfermedades. ¡Los hallazgos son increíblemente emocionantes y prometedores!