La diabetes mellitus es una condición metabólica caracterizada por una deficiencia de insulina, lo que resulta en niveles elevados de glucosa en sangre (hiperglucemia) y conduce a intolerancia a la glucosa en pacientes diabéticos.
Es fundamental monitorizar los niveles de glucosa en sangre varias veces al día, usualmente mediante punción de los dedos o antebrazos del paciente para obtener una pequeña muestra de sangre. Sin embargo, este método presenta algunas limitaciones, como la formación de callos en los dedos, molestias, dilución de las muestras cuando el paciente aplica presión sobre la herida para obtener más sangre y el uso excesivo de materiales.
A lo largo de los años, se han investigado diversos métodos no invasivos para la recolección o el monitoreo de fluidos. Para conseguir una técnica no invasiva de medición de los niveles de glucosa en sangre, algunos de los estudios proponen el análisis de otros fluidos fisiológicos, como la saliva, el líquido intersticial, el sudor, la orina o el líquido lagrimal, siendo este último uno de los más prometedores para la recogida de información.
En esta línea, una nueva investigación de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) publicada en la revista Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, ha desarrollado una nueva técnica para determinar los niveles de glucosa de una persona de manera rápida, eficaz y poco invasiva.
Líquido lagrimal
Diversos estudios han revelado que la mayoría de las proteínas presentes en el plasma humano también están presentes en el líquido lagrimal. Algunos han establecido correlaciones entre las concentraciones de albúmina, urea, glucosa y colesterol en lágrimas de reptiles semiacuáticos, terrestres y marinos. Por esta razón, este líquido ha captado el interés de la comunidad científica debido a su potencial para el diagnóstico y control de diversas enfermedades como fibrosis quística, párkinson, alzhéimer, cáncer, esclerosis y diabetes mellitus.
Además, uno de los puntos fuertes es que la recolección de líquido lagrimal puede realizarse de manera no invasiva en pocos segundos, evitando molestias al paciente y permitiendo la obtención de volúmenes desde nanolitros hasta microlitros. Sin embargo, la concentración de componentes como la glucosa en el líquido lagrimal es considerablemente menor que en la sangre, lo cual representa uno de los principales desafíos para su uso en el monitoreo de fluidos corporales. Por ello, el desarrollo de sensores altamente sensibles y específicos es crucial para mejorar la calidad de vida de los pacientes diabéticos.
Sensores de nanopartículas
Los investigadores aseguran que las nanopartículas de conversión ascendente dopadas con tierras raras (UCNP) sobresalen entre las sondas de detección fluorescentes utilizadas para medir los niveles de glucosa en sangre, gracias a sus propiedades ópticas únicas. Estas han demostrado ser capaces de detectar cambios en sus propiedades ópticas según diversos factores como el pH, la presión, la temperatura o la presencia de estados vibracionales de alta energía. Por tanto, son una opción excelente para aplicaciones de detección avanzada.
Otro factor fundamental a considerar al fabricar un sensor es la elección de un sustrato adecuado, ya que esto afectará directamente a su rendimiento. Los sustratos flexibles son especialmente adecuados para el desarrollo de sensores wearables y desechables debido a sus características particulares y, entre ellos, el papel destaca por su flexibilidad mecánica, durabilidad y estructura porosa, combinadas con su bajo costo y facilidad de funcionalización. Además, según exponen los investigadores en su trabajo, el uso de sensores en papel puede tener un impacto significativo en la reducción de la cantidad de suministros utilizados en las técnicas tradicionales para monitorear los niveles de glucosa en sangre.
Estas nanopartículas se han integrado en sensores basados en papel como un primer enfoque para desarrollar nuevos sensores de luminiscencia de D-glucosa sin enzimas y no invasivos.
En este trabajo, los autores han sintetizado nanopartículas de conversión ascendente (UC) dopadas con iones Nd³⁺, que actúan como sensibilizadores, e iones Er³⁺, que actúan como activadores. Estas nanopartículas se han integrado en sensores basados en papel como un primer enfoque para desarrollar nuevos sensores de luminiscencia de D-glucosa sin enzimas y no invasivos. Las nanopartículas utilizadas exhiben intensas emisiones de conversión ascendente que coinciden con los niveles vibracionales del grupo OH de la D-glucosa, lo que induce cambios en su relación rojo-verde, y esto se puede utilizar como un mecanismo de detección basado en luminiscencia.
Potencial detector
Este estudio demuestra la capacidad de detección de nanopartículas NaGdF₄: 5% Er³⁺, 3% Nd³⁺ de 31 nm hacia la D-glucosa. En primer lugar, se realizó un estudio de la interacción entre las nanopartículas y la D-glucosa, y se presentaron pruebas de esta interacción mediante diferentes mediciones, obteniendo resultados óptimos.
A continuación, se probó el mecanismo de detección de la D-glucosa, demostrando que una dispersión de estas nanopartículas presentaba cambios en la banda verde de la emisión de conversión ascendente en presencia de D-glucosa, lo que comprobó sus capacidades de detección. Posteriormente, las nanopartículas se depositaron con éxito en sustratos de papel, y se utilizaron diferentes concentraciones de D-glucosa para probar el sensor, observando cambios en la relación rojo-verde de las nanopartículas para cada concentración.
Con estos resultados, se obtuvo un modelo de calibración para la detección de concentraciones de D-glucosa que van desde 0 a 200 mg/dL. Se fabricó con éxito un sensor de luminiscencia libre de enzimas basado en papel para la detección de D-glucosa, fundamentado en los cambios en la emisión de ErNd-NP, con un límite de detección de 22 mg/dL, lo que supone un avance en la detección futura no invasiva del líquido lagrimal.
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