Polyrotaxane-containing hydrogels for label-free detection of C-reactive protein (CRP) via diffraction gratings Aitor Cubells-Gómez, María Isabel Lucío, Ángel Maquieira, María-José...
HARMONIA: Biosensores avanzados basados en hidrogel para el monitoreo de la salud in situ
Proyecto HARMONIA
Financiado por la Consellería de Innovación, Universidades, Ciencia y
Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana (Ref. CIPROM/2023/18).
¿Quiénes somos?
El proyecto HARMONIA es pionero en el desarrollo de biosensores ópticos portátiles de nueva generación, basados en hidrogeles, y diseñados para la monitorización continua y no invasiva de parámetros biomédicos. Aprovechando la ciencia de materiales avanzada, la biofuncionalización y las tecnologías de biodetección óptica, HARMONIA tiene como objetivo revolucionar la atención médica personalizada, cambiando los diagnósticos tradicionales y centralizados por la monitorización del estado de salud en el hogar y a tiempo real.
En el centro de esta innovación se encuentran los biosensores ópticos “vestibles” o wearables de hidrogel (HWOB), que utilizan hidrogeles de anillos deslizantes de ciclodextrinas combinados con sondas de biorreconocimiento específicas. Estos sensores detectan biomarcadores en el sudor y el fluido intersticial (ISF), respondiendo a eventos de reconocimiento con cambios medibles en cuanto al volumen del hidrogel y sus propiedades difractivas. Integrados con microagujas y técnicas de detección holográfica, estos biosensores de parches cutáneos ofrecen un análisis preciso y automatizado.
HARMONIA se centra en tres aplicaciones sanitarias críticas:
- Monitoreo de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII): detección continua de biomarcadores como proteína C reactiva (PCR), calprotectina (CP) e interleucina-1β (IL-1β) para la identificación temprana de brotes de enfermedades.
- Pruebas de alergia a medicamentos: Detección innovadora de inmunoglobulina E (IgE) específica de un alérgeno, para un diagnóstico de alergia a medicamentos más seguro y rápido.
- Detección de biomarcadores circulantes: seguimiento no invasivo de especies clave como microARN, alfafetoproteína e histamina, relacionadas con enfermedades crónicas y agudas.
Esta investigación innovadora tiene como objetivo mejorar la precisión del diagnóstico, establecer estrategias de atención médica proactivas, y contribuir a lograr el Objetivo de Desarrollo Sostenible 3 de las Naciones Unidas (salud y bienestar). El impacto de HARMONIA reside en transformar la atención médica, al permitir un monitoreo continuo y personalizado, con ventajas tanto para los médicos como para los pacientes.
Miembros
Investigadores principales
María José Bañuls Polo
Catedrática de Universidad
Ángel Maquieira Catalá
Catedrático Emérito
Miembros
Luis Antonio Tortajada Genaro
Profesor Titular de Universidad
Sergi Beñat Morais Ezquerro
Profesor Titular de Universidad
Miguel Ángel González Martínez
Profesor Titular de Universidad
José Miguel Avellá Oliver
Profesor Contratado Doctor
María Victoria González Pedro
Profesora Permanente Laboral
Grupo de trabajo Harmonia
María Isabel Lucío Benito
Profesora Ayudante Doctora
Aitor Cubells Gómez
Investigador Predoctoral
Pamela Abigail Chillagana Pilaplanta
Investigadora Predoctoral
Josué Lombeyda Manzo
Investigador Predoctoral
Proyecto
Proyecto Harmonia
El proyecto se estructura en cinco Hitos, que comprenden nueve Líneas de Investigación:
HITO 1
Materiales y Biorreactivos
Este hito está dedicado al desarrollo de los receptores de analitos empleados en los sistemas biosensores, y está compuesto por dos líneas de investigación:
- Línea de investigación 1: Desarrollo de nuevos hidrogeles. Actualmente se están realizando investigaciones sobre el desarrollo de nuevos hidrogeles y su funcionalización con ácidos nucleicos.
- Línea de investigación 2: Preparación de bioreactivos y materiales mediante técnicas recombinantes. Nuestro objetivo es la producción, mediante técnicas recombinantes, tanto de IgE específica como de péptidos que imiten los principales determinantes de la amoxicilina, el principal antibiótico β-lactámico implicado en la alergia a medicamentos. Además, se está estudiando el desarrollo de hidrogeles bioactivos de M13 diseñados para interactuar con el analito diana, mediante la expresión de péptidos particulares en la superficie del fago M13.
HITO 2
Transductores
Se plantean diferentes enfoques para fabricar las redes de difracción de los hidrogeles preparados en el Hito 1: por un lado crear biogratings de hidrogeles fotoactivables, y por otro grabar redes mediante holografía en modos de transmisión y reflexión con monómeros autopolimerizables, así como con perovskitas polimerizables estables en medio acuoso. Todos los transductores deben ser evaluados en su capacidad de detección. Se pretende explorar tres líneas de investigación.
- Línea de investigación 3. Biogratings. Se están diseñando y evaluando más a fondo biorrejillas de hidrogel fotoactivables.
- Línea de investigación 4. Rejillas de hologramas de volumen (VHG). Se fabricarán sobre hidrogeles de anillos deslizantes y se utilizarán perovskitas estables en medio acuoso y con grupos polimerizables como material de registro.
Línea de investigación 5. Transductores fabricados con hidrogeles M13. Su diseño, optimización y análisis de desempeño comprende las siguientes actividades: autoorganización y gelificación mediada por la concentración; caracterización de hidrogeles M13; efecto de los entrecruzantes; y estudio del cambio de emisiones tras la exposición de la especie objetivo.
HITO 3
Wearables
Se evaluarán y diseñarán diferentes enfoques para fabricar sistemas portátiles para muestrear y analizar el sudor o el ISF.
- Línea de investigación 6. Parches cutáneos para la recogida del sudor. Serán diseñados y fabricados con una celda de muestreo y detección simultáneas. El rendimiento y las características del transductor óptico final basado en hidrogel (VHG/biogratings) se tendrán en cuenta al comparar y elegir varios diseños.
- Línea de investigación 7. Microagujas para recogida de ISF. Las microagujas se moldearán con hidrogeles. Se pueden utilizar también microagujas huecas comerciales.
HITO 4
Integración
Este hito aborda la combinación de los desarrollos realizados en microagujas y en los transductores, para tener un sistema compacto, incluyendo, en caso de necesidad, el lector de señales.
- Línea de investigación 8. Muestreo + Integración de Biosensores. Se incorporarán rejillas holográficas de volumen en microagujas de hidrogel para muestreo y análisis de ISF. Las microagujas huecas se llenarán con hidrogeles de ADN y M13 desarrollados para pruebas de alergia a medicamentos y detección de biomarcadores, respectivamente.
HITO 5
Demostradores
El objetivo de este hito es demostrar la funcionalidad, seguridad y rendimiento analítico del biosensor integrado desarrollado. Se pretende analizar las diferentes soluciones encontradas para determinar cuál/es tiene/n mayor potencial y luego integrar los desarrollos realizados en las microagujas y en los transductores, para construir un sistema completo, incluyendo, en caso de necesidad, el sistema lector. En un paso inicial, el prototipo será probado con sudor artificial, ISF y piel de cerdo en condiciones de laboratorio como etapa preliminar antes de la prueba en piel humana.
- Línea de investigación 9. Pruebas de concepto. Se configurarán y probarán los siguientes sistemas, provenientes de la integración de todas las tecnologías desarrolladas.
- Parche cutáneo con VHG/biogratings para la detección de biomarcadores de EII en el sudor.
- Parche de microagujas de hidrogel y VHG para detección sin marcaje de biomarcadores de EII en ISF.
- Parche con microagujas basado en M13 para la detección de alergias en ISF.
- Parche a base de hidrogel de ácido nucleico para la detección de biomarcadores circulantes en ISF.
- Parche de microagujas de hidrogel y VHG para detección sin marcaje de otros biomarcadores en ISF.
Producción científica
Publicaciones
2022
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2023
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