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La nanotecnología en la detección del SARS-CoV-2.

La nanotecnología en la detección del SARS-CoV-2.

La nanotecnología es una ciencia que explota el uso de estructuras en el rango nanométrico, el desarrollo de materiales con aplicaciones en distintos campos como por ejemplo en la detección del SARS-CoV-2 (Almeida et.al., 2020). Esto es importante pues en los últimos meses se han presenciado un coronavirus que provoca el síndrome respiratorio agudo severo, es decir, el SARS-CoV-2, que presenta síntomas como: tos/estornudos, fiebre, ojos rojos, escurrimiento nasal, dolor de garganta, dolores de cabeza, musculares y en las articulaciones y, en los casos más graves, dificultad respiratoria (Dos Santos, 2020). Actualmente no existe cura ni tratamiento, lo que puede hacer a este virus mortal, aún más para las personas que presentan enfermedades degenerativas (Gobierno de México, 2020).

Por otro lado, el periodo de incubación del virus es entre 2 y 7 días, etapa en la cual no hay síntomas perceptibles, pero es posible la transmisión (Vadlamani et al., 2020). No obstante, los métodos de detección utilizados sólo se pueden llevar a cabo en centros de salud, retrasando la realización de las pruebas (Durán Álvarez et al., 2020).

A manera de ejemplo, dentro de las técnicas utilizadas se encuentra la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), aprobada por la OMS y que se basa en la detección del material genético del virus. Sin embargo, esta requiere de varios pasos de purificación, por lo que la baja eficacia y la presencia de impurezas pueden afectar la detección y sin resultados confiables (Durán Álvarez et al., 2020).

En consecuencia, es necesario el desarrollo de sensores efectivos que permitan un diagnóstico rápido para evitar la diseminación del virus. Actualmente, existen sensores basados en nanomateriales para la detección del SARS-CoV-2 y otras enfermedades. Estos son más selectivos y sensibles, puesto que las nanoestructuras permiten una mejor interacción con moléculas biológicas (Chauhan et al., 2020 y Talebian et al., 2020). Igualmente, los nanomateriales poseen propiedades eléctricas y ópticas que los vuelven candidatos ideales para la fabricación de sensores miniaturizados (Durán Álvarez et al., 2020). 

Por ejemplo, el oro nanoparticulado es ampliamente utilizado porque presenta un efecto, con el cual, se observan cambios de color dependiendo del ambiente molecular (Rabiee et al., 2020). Esto también es posible cuando el material es funcionalizado con los anticuerpos que reconocen proteínas estructurales del SARS-CoV-2 (Ventura et al., 2020). Debe de tomarse en cuenta que el virus presenta cuatro proteínas cruciales para lograr la entrada al cuerpo humano. Estas se denominan spike (S), envoltura (E), membrana (M) y nucleocápside (N) (Vadlamani et al. 2020). De hecho, Ventura et al. (2020), reportaron que se produce un cambio de color rojo a morado cuando las nanopartículas tienen contacto con el virus.

Otro nanomaterial utilizado es el grafeno, el cual una estructura hexagonal de carbonos, como se muestra en la figura. Este material posee propiedades electrónicas únicas que le permiten detectar cambios en el ambiente que se expresan como una corriente eléctrica. En concreto, Seo et al. (2020) observaron que cuando se funcionaliza el grafeno con la proteína S del virus, se puede detectar la presencia viral de manera específica y en concentraciones muy bajas.

Similarmente, Vadlamani et al. (2020) hicieron uso de técnicas electroquímicas, que son muy precisas y selectivas, por lo que se han utilizado para la detección viral. En el trabajo reportado, utilizaron nanotubos de dióxido de titanio funcionalizados con cobalto. Se debe de tomar en cuenta que los nanotubos son materiales unidimensionales en forma de tubo y con diámetros de entre 30 y 80 nm (Abdullah & Kamarudin, 2017). El sensor reportado demostró tener excelentes cualidades al ser capaz de detectar el virus en 30 segundos, en un amplio rango de concentraciones y con un buen límite de detección (Vadlamani et al., 2020).

Estos son sólo algunos ejemplos en los que la nanotecnología puede tener un impacto en la detección viral, al elaborar sensores más sensibles que permitan un diagnóstico temprano. Además, otros nanomateriales se han propuesto para ser implementados, tales como: nanopartículas de óxidos metálicos, nanopartículas de plata, puntos cuánticos y nanopartículas magnéticas, por lo que se espera su pronta aplicación para el desarrollo de sensores que detecten el SARS-CoV-2 (Chauhan et al., 2020 y Talebian et al., 2020).

Referencias:

[1] Abdullah, M. & Kamarudin, S. K. (2017). Titanium DIOXIDE NANOTbes (TNT) in energy and environmental applications: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76: 212-225.

[2] Chauhan, D. S., Prasad, R., Srivastava, R., Jaggi, M., Chauhan, S. C. & Yallapu, M. M. (2020). Comprehensive review con current interactions, diagnostics, and nanotechnology perspectives against SARS-CoV-2. Bioconjugate Chemistry, 31: 2021- 2045.

[3] Della Ventura, B., Cennamo, M., Minopoli, A., Campanile, R., Censi, S. B., Terracciano, D., Portella, G. & Velotta, R. (2020). Colorimetric test for fast detection off SARS-CoV-2 in nasal and throat swabs. ACS Sensors. DOI: 10.1101/2020.08.15.20175489.

[4] Durán Álvarez, J. C., Martínez Avelar, C. & Mejía Almaguer, D. (2020). El papel de la nanociencia y la nanotecnología en el marco de la pandemia de Covid-19. Mundo Nano Revista Interdisciplinaria en Nanociencia y Nanotecnología, 14(27). DOI: 10.22201/ceiich.24485691e.2021.27.69647.

[5] Gobierno de México. (2020). ¿Qué es el coronavirus? Recuperado de: https://coronavirus.gob.mx/covid-19/.

[6] Dos Santos, G. W. (2020). Natural history of COVID-19 and current knowledge on treatment therapeutic options. Biomedicine & Pharmacotherapy, 129.

 [7] Rabiee, N., Bagherzadeh, M., Ghasemi, A., Zare, H., Ahmadi, S., Fatahi, Y., Dinarvand, R., Rabie, M., Ramakrishna, S., Shokouhimehr, M. & Varma, R. S. (2020). Point of use rapid detection of SARS-CoV-2: Nanotechnology-enabled solutions for the COVID-19 pandemic. International Journal of Molecular Sciences, 21(5126). Doi:10.3390/ijms21145126.

[8] Seo, G., Lee, G., Kim, M. J., Baek, S. H., Choi, M., Ku, K. B., Lee, C. S., Jun, S., Park, D., Kim, H. G., Kim, S. J., Lee, J. O., Kim, B. T., Park, E. C. & Kim, S. I. (2020). Rapid detection of COVID-19 causative virus (SARS-CoV-2) in human nasopharyngeal swan specimens using field-effect transistor-based biosensor. ACS Nano, 14: 5135-5142.

 [9] Talebian, S., Wallace, G. G., Scroeder, A., Stellacci, F. & Conde, Joao. (2020). Nanotechnology based-disinfectants and sensors for SARS-CoV-2. Nature nanotechnology, 15: 618-624.

[10] Vadlamani, B. S., Uppal, T., Verma, S. C. & Misra, M. (2020). Functionalized TiO2 nanotubes-based electrochemical biosensor for rapid detection of SARS-CoV-2. doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.07.20190173.

Acerca de los autores:

Jorge Jiménez Cisneros. Estudiante de la Licenciatura en Nanotecnología e Ingeniería Molecular de la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP). Cuenta con una publicación en The Handbook of Environmental Chemistry, bajo el título de: Nanotechnologies for Removal of Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs from Wastewater. Además, ha colaborado en el Laboratorio de Investigación de Electrocatálisis de la UDLAP.  Actualmente, participa en la Columna Científica de la Mesa Directiva de Nanotecnología e Ingeniería Molecular de la UDLAP.  jorge.jimenezcs@udlap.mx

Getsemani Orozco Luis. Estudiante de 5to semestre de Ingeniería en Biotecnología en la Universidad Veracruzana. Participó en la 7° Olimpiada Ambiental en 2018, presentando un desodorante orgánico. Fue ganadora de la “Beca Talento” en 2018. Ha asistido a 3 congresos con relación a la Biotecnología, la Química Inorgánica y el Emprendimiento. Obtuvo mención honorífica participando en conjunto al “CdeCMx Challenge 2020” de Clubes de Ciencia México, y fue invitada a la Reunión Internacional de Inteligencia Artificial y sus Aplicaciones. Actualmente es miembro de la Asociación de Mujeres en Ciencia y Tecnología “Alejandra Jáidar” y es asistente de Tesistas en un laboratorio de Biotecnología. zS18004104@estudiantes.uv.mx

Por: Getsemani Orozco Luis: Estudiante de 5to semestre de Ingeniería en Biotecnología en la Universidad Veracruzana.

Jorge Jiménez Cisneros: Estudiante de la Licenciatura en Nanotecnología e Ingeniería Molecular de la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP).

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