Desarrollo de técnicas inmunoquímicas para la detección de biomarcadores cardíacos

Abstract

El desarrollo de biosensores para la determinación de biomarcadores de interés en el ámbito clínico es uno de los retos más importantes en el análisis de determinadas enfermedades, como las cardiovasculares. Por tanto hay una necesidad por parte del ámbito clínico de desarrollar herramientas que permitan realizar un diagnóstico y pronóstico de estas enfermedades de una manera rápida y eficaz. Además, teniendo en cuenta la portabilidad que pueden tener este tipo de dispositivos, podrían ser utilizados tanto a nivel de consultorio primario como en urgencias (dispositivos para el diagnóstico inmediato, PoC, point of care devices). Actualmente, los laboratorios centralizados usan instrumentos específicos para cada grupo de biomarcadores de la enfermedad a determinar, incrementando de esta forma el coste y el tiempo necesario para obtener un resultado.

Existen evidencias de que es posible realizar un seguimiento del estado de salud y desarrollo de la enfermedad cardiovascular de un individuo mediante la monitorización de varios biomarcadores. En el caso de las enfermedades cardiovasculares, varios biomarcadores para el diagnóstico temprano o tardío han sido bien identificados, llegándose a conocer su cinética de liberación en aquellos que son indicadores de fallo cardíaco y necrosis miocárdica. En el transcurso de esta tesis doctoral, se han desarrollado anticuerpos específicos y diferentes herramientas de diagnóstico para la detección de un biomarcador prematuro de enfermedad coronaria, como es la Lipoproteína (a) (Lp(a)), y un biomarcador de etapas más avanzadas, la Troponina I Cardíaca (cTnI), claro indicador de infarto de miocardio y necrósis miocárdica. En el caso de ambas proteínas, se ha realizado un estudio en profundidad para conocer su estructura y todos los fenómenos relacionados con su inmunodetección. Finalmente, se ha conseguido producir anticuerpos específicos para cada uno de los biomarcadores y se han implementado en diferentes superficies sensoras.

Para el caso de la cTnI se ha desarrollado un inmunosensor amperométrico que permite obtener un resultado fiable en tan solo 30 minutos, con una detectabilidad de 5 ng/mL. Del mismo modo, se ha desarrollado un inmunosensor potenciométrico combinando los anticuerpos producidos con distintos nanomateriales como partículas magnéticas y Quantum Dots.

Para la Lp(a) se han desarrollado haptenos específicos y producido anticuerpos monoclonales de forma innovadora para la detección de este biomarcador. Del mismo modo, se ha demostrado la especificidad y validez de estos anticuerpos mediante técnicas tipo Western blot, indicando su viabilidad para el desarrollo de una herramienta de diagnóstico precoz para las ECVs.

The development of biosensors for the determination of biomarkers of interest in the clinical setting is one of the most important challenges in the analysis of certain diseases, such as cardiovascular diseases (CVDs). Therefore there is a need on the part of the clinical setting to develop tools that allow for a diagnosis and prognosis of these diseases quickly and efficiently. There is evidence that it is possible to track the status of health and development of cardiovascular disease in an individual by monitoring several biomarkers. In the case of CVDs, several biomarkers for the early or late diagnosis have been well identified. In the course of this dissertation, specific antibodies and different diagnostic tools for the detection of a biomarker of early stages of the coronary heart disease, such as lipoprotein (a) (Lp(a)), and a biomarker of more advanced stages, the cardiac troponin I (cTnI), a clear indicator of myocardial infarction and myocardial necrosis, have been developed. In both cases, an in- depth study to learn about the structure and all the phenomena related with their immunodetection, has been done. Finally, antibodies specific to each of the biomarkers have been successfully produced and these antibodies have been implemented in different sensing platforms.

In the case of cTnI, considered as a golden biomarker for cardiovascular risk stratification, an amperometric immunosensor has been developed allowing a reliable result in only 30 minutes, with a detectability of 5 ng/mL. In the same way, a novel potentiometric immunosensor has been developed, combining succesfully the antibodies produced against this biomarker with different nanomaterials as magnetic particles and Quantum Dots

In the case of Lipoprotein (a), a macromolecular complex found in human plasma that combines structural elements from the lipoprotein and blood clotting systems and that is associated with premature coronary heart disease and stroke, a broad new specific haptens have been developed and a set of monoclonal antibodies have been produced for the detection of Lp(a). The specificity and validity of these antibodies was established by Western blot techniques, indicating their viability for the development of a tool to diagnose and stretify the risk associated to CVDs.