Espectroscopia Raman de superficie para el diagnóstico preciso de infecciones
29 de mayo de 2024 Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias
Cada año, los diagnósticos médicos son mejores gracias al enorme desarrollo de nuevos métodos que permiten detectar con precisión las numerosas moléculas presentes en los fluidos biológicos durante una infección. Sin embargo, el análisis rápido e incluso en tiempo real de las infecciones bacterianas, fúngicas o víricas dista mucho de ser ideal, por lo que se están haciendo muchos esfuerzos en todo el mundo para mejorar los métodos que podrían permitir el diagnóstico más rápido y menos invasivo de infecciones de diversas etiologías. Recientemente, científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias dirigidos por la prof. Agnieszka Kamińska presentaron un método eficaz para distinguir el tipo de infección en fluidos biológicos mediante la técnica de diagnóstico de dispersión Raman potenciada en superficie. Han logrado desentrañar las complejidades en el ámbito del diagnóstico rápido de fluidos biológicos. Veamos más de cerca su descubrimiento.
Antes de su estudio, los métodos basados en el conocimiento de la fertilidad (MBCF) seguían siendo un método para aumentar las posibilidades de concepción mediante la diferenciación de la monitorización del moco cervical (MMC). Por desgracia, este método sólo muestra resultados más precisos en las parejas fértiles y no en las infértiles. Al igual que en el caso de la fertilidad, el método de diagnóstico más utilizado es el análisis microscópico del flujo vaginal teñido con Gram para visualizar el agente causal específico. Aunque se ha intentado abordar el cáncer de cuello de útero y la infección por el virus del papiloma humano (VPH) mediante Raman y métodos afines, el problema de la infertilidad, así como el de la infección vaginal mediante una técnica de este tipo, sigue siendo un misterio.
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Los resultados demostrados por los investigadores del IPC PAS se basaron en el rastreo de la respuesta espectral de fluidos procedentes del tracto reproductor femenino, incluidos tres tipos de fluidos, a saber, el flujo vaginal, el flujo menstrual y el manchado menstrual, mediante espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) y un método quimiométrico, que juntos proporcionan una visión desde el nivel molecular de la composición de las secreciones vaginales. Dado que la composición de los fluidos vaginales es compleja, en la que pueden encontrarse muchos compuestos como ácidos orgánicos, piridina, peptidasa vaginal, lípidos, fosfolípidos, aminoácidos, ácidos grasos, hidratos de carbono, glucoproteínas, proteínas e inmunoglobulinas, también puede estar enriquecida con otras moléculas específicas, incluidas las hormonas, en función de la fase del ciclo menstrual, lo que dificulta el diagnóstico preciso de la infección en una fase temprana o el reconocimiento de la etiología.
Sin embargo, los métodos propuestos permiten diagnosticar con gran precisión las fases fértil e infértil sin afectar a las señales de desequilibrio hormonal en el organismo. Y todo gracias a las mediciones de la interacción de la materia con la luz, en las que se midieron las bandas exclusivas de determinadas vibraciones de las moléculas. Los diagnósticos con las herramientas propuestas se realizaron para dos ciclos menstruales independientes en los que las pacientes estaban tanto sanas como aquejadas de infecciones como candidiasis vulvovaginal, vaginosis bacteriana, gonorrea y tenían coinfección. Dado que los investigadores optimizaron las condiciones analíticas para medir con precisión los espectros e implementaron algoritmos para adaptar el SERS a distintos aspectos biológicos de la detección, su herramienta de diagnóstico no requiere pretratamiento de las muestras, etiquetado ni hisopado, lo que la hace mucho más sencilla y barata en comparación con las pruebas de diagnóstico clásicas.
En palabras del autor principal del equipo "Investigamos la manifestación espectral de los cambios hormonales y la inflamación vaginal y realizamos análisis SERS en función del tiempo de material clínico tomado de fluidos biológicos durante ciclos menstruales completos, así como de aquellos que luchaban contra distintos tipos de infecciones, incluidas las bacterianas, fúngicas, coinfecciones y gonorrea. El análisis espectral se apoyó en el método de Regresión Parcial por Mínimos Cuadrados (PLSR) para profundizar en los espectros y encontrar diferencias no visibles a simple vista".
Además de las ventajas económicas y operativas, el diagnóstico SERS puede realizarse a lo largo de todo el ciclo menstrual, lo que supone un paso adelante en el diagnóstico de muchas otras enfermedades que pueden verse influidas por muchas hormonas diferentes presentes en los fluidos biológicos. El estudio demostró que la intensidad de las hormonas pertinentes (por ejemplo, la hormona luteinizante (LH), la hormona foliculotrópica (FSH), la progesterona y el estradiol), que está estrechamente correlacionada con la formación de folículos y su ruptura cuando no se produce la fecundación, puede caracterizarse mediante la técnica SERS. Por lo tanto, la información registrada en los espectros y provocada por el día del ciclo menstrual no afecta a la lectura de la afección debido a las asociaciones específicas de los datos espectrales y al análisis PLSR utilizado.
"Nuestros estudios demuestran que las infecciones vaginales provocan un efecto espectral más significativo que el ciclo menstrual. Lainfección puede reconocerse mediante el análisis SERS dependiente del tiempo gracias a la presencia de rasgos característicos que proporcionan una visión espectral del patrón molecular de los fluidos, incluso en fluidos biológicos muy complejos" - comenta la primera autora Sylwia M. Berus.
Los resultados aquí presentados proporcionan una base importante para la investigación que incluirá el análisis SERS detallado de agentes etiológicos en relación con el diagnóstico de infecciones vaginales. Además, la técnica propuesta es una herramienta potente y prometedora para el análisis rápido y no invasivo incluso en investigaciones forenses. Su trabajo se publica en Sensors and Actuators B: Chemical (https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135571) y ha sido financiado por el Centro Nacional de Ciencia con la subvención PRELUDIUM-20 (2021/41/N/ST4/02164).
