La microbiota intestinal desempeña un papel fundamental en la biotransformación de componentes dietéticos, incluido el triptófano, un aminoácido esencial que se metaboliza mediante microorganismos. El metabolismo microbiano del triptófano produce un biomarcador emergente de la inflamación intestinal, como el ácido indol-3-propiónico (IPA). Se trata de un metabolito producido por las bacterias …
La microbiota intestinal desempeña un papel fundamental en la biotransformación de componentes dietéticos, incluido el triptófano, un aminoácido esencial que se metaboliza mediante microorganismos. El metabolismo microbiano del triptófano produce un biomarcador emergente de la inflamación intestinal, como el ácido indol-3-propiónico (IPA).
Se trata de un metabolito producido por las bacterias intestinales durante la descomposición del triptófano dietético, un aminoácido esencial para la síntesis de proteínas. Desempeña un papel importante en la regulación de la inflamación y el estrés oxidativo, y se ha asociado con afecciones como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), la diabetes tipo 2 y la enfermedad hepática.
Sin embargo, los métodos de detección actuales se basan en técnicas analíticas tradicionales de espectrometría de masas, que son costosas y requieren mucho tiempo, lo que las hace poco prácticas para el cribado rutinario o el uso en el punto de atención.
De ahí, el proyecto de un equipo internacional de investigadores, liderado desde el Instituto Tecnológico de Massachusetts relativo a un novedoso nanosensor fluorescente alimentado por nanotubos de carbono, capaz de detectar rápidamente un biomarcador emergente relacionado con las enfermedades intestinales.
Dicho nanosensor se basa en la investigación de SMART DiSTAP sobre tecnologías de sensores nano y ópticos. Desarrollada originalmente para monitorizar la salud de las plantas —incluidas las señales de crecimiento y las respuestas al estrés—, la tecnología se ha adaptado ahora para aplicaciones en salud humana mediante el rediseño de la plataforma de detección nano y óptica para detectar IPA.
«Este trabajo se sustenta en la tecnología de reconocimiento molecular desarrollada en SMART DiSTAP. Hemos utilizado técnicas similares para medir hormonas y metabolitos en plantas vivas para la agricultura, y ahora las hemos aplicado al sistema gastrointestinal humano. Logramos aplicarlas a este desafío de larga data en la salud intestinal», tal como explicó Michael Strano, investigador principal de SMART DiSTAP, profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT y autor correspondiente.
«Al centrar nuestro análisis molecular en este importante biomarcador de la salud intestinal, hemos demostrado una nueva y potente herramienta que algún día podría permitir una atención médica proactiva y personalizada. Esta herramienta promete información casi instantánea sobre el bienestar intestinal o el estado de enfermedades crónicas como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII)», agregó dicho científico
Para evaluar su relevancia clínica, el equipo de investigación colaboró con médicos del NUH para probar el nanosensor en 125 muestras de plasma humano de diversos grupos de pacientes, incluidos individuos sanos y personas con enfermedades gastrointestinales.
El estudio, publicado en ‘Advanced Healthcare Materials’ reveló diferencias significativas en los niveles de IPA entre individuos sanos y pacientes con enfermedades inflamatorias intestinales, como la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa. Los pacientes con inflamación intestinal activa mostraron niveles más bajos de IPA, lo cual coincide con los hallazgos clínicos ya establecidos.
«Desde una perspectiva clínica, contar con un método rápido y sencillo para evaluar los niveles de metabolitos como el IPA podría ser muy valioso», indicó Jonathan Lee, consultor sénior de la División de Gastroenterología y Hepatología del Departamento de Medicina del NUH, profesor asociado adjunto de NUS Medicine y coautor principal del estudio. «Tiene el potencial de complementar las herramientas de diagnóstico existentes y proporcionar información adicional sobre los pacientes con enfermedades inflamatorias intestinales», añadió.
En síntesis, la nueva plataforma aborda una carencia existente desde hace tiempo en la detección de metabolitos intestinales. Mediante un método basado en fluorescencia, el sensor proporciona una lectura óptica rápida en cuestión de minutos, ofreciendo una alternativa significativamente más rápida y accesible que las técnicas analíticas convencionales. Demuestra una alta selectividad, distinguiendo el IPA de metabolitos similares que se encuentran comúnmente en el intestino, lo que permite una detección precisa incluso en entornos biológicos complejos como el suero sanguíneo.
«Esta es la primera vez que podemos medir de forma directa y rápida los niveles de IPA en muestras biológicas utilizando un nanosensor óptico», aseguró Mervin Ang, coautor principal y profesor asistente del Instituto Nacional de Educación (NIE) de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. «Este enfoque innovador, que se aleja de la espectrometría de masas tradicional, puede allanar el camino hacia métodos más rápidos y accesibles para monitorizar la salud intestinal en entornos reales», señaló.
Estos profesionales aspiran a convertir el sensor en una herramienta de diagnóstico clínico en el punto de atención y ampliar la plataforma para detectar múltiples metabolitos intestinales simultáneamente y realizar la deconvolución de señales mediante inteligencia artificial, lo que permitirá una monitorización de la salud intestinal más precisa, completa y personalizada.