La Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA), conocida por afectar al físico Stephen Hawking, es una enfermedad rara e incurable que padecen miles de personas en el mundo.
Las maravillas del grafeno son numerosas: puede habilitar componentes electrónicos flexibles, mejorar la capacidad de las células solares, filtrar las partículas subatómicas más finas y revolucionar las baterías. Ahora, el «supermaterial» puede ser usado algún día para realizar pruebas de esclerosis lateral amiotrófica, o ALS, una enfermedad neurodegenerativa progresiva que se diagnostica principalmente al descartar otros trastornos, según una nueva investigación de la Universidad de Illinois en Chicago publicada en ACS Materiales aplicados e interfaces.
Cuando se añadió líquido cefalorraquídeo de pacientes con ELA al grafeno, se produjo un cambio distinto y diferente en las características vibracionales del grafeno en comparación con cuando se agregó líquido de un paciente con esclerosis múltiple o cuando se agregó líquido de un paciente sin enfermedad neurodegenerativa grafeno Estos distintos cambios predijeron con exactitud de qué tipo de paciente provenía el líquido: uno con ELA, EM o sin enfermedad neurodegenerativa.
El grafeno es un material de un solo átomo de espesor compuesto de carbono. Cada átomo de carbono está unido a sus átomos de carbono vecinos por enlaces químicos. La elasticidad de estos enlaces produce vibraciones resonantes, también conocidas como fonones, que pueden medirse con gran precisión. Cuando una molécula interactúa con el grafeno, cambia estas vibraciones resonantes de una manera muy específica y cuantificable.
«El grafeno solo tiene un átomo de espesor, por lo que una molécula en su superficie en comparación es enorme y puede producir un cambio específico en la energía del fonón del grafeno, que podemos medir«, dijo Vikas Berry, profesor asociado y jefe de ingeniería química en el Colegio UIC. de Ingeniería y un autor sobre el papel. Los cambios en las características vibratorias del grafeno dependen de las características electrónicas únicas de la molécula agregada, conocida como su «momento dipolar».
«Podemos determinar el momento dipolar de la molécula agregada al grafeno midiendo los cambios en la energía del fonón del grafeno causada por la molécula», explicó Berry.
Berry y sus colegas utilizaron el grafeno para identificar si el líquido cefalorraquídeo era de un paciente con ELA o esclerosis múltiple, dos trastornos neurodegenerativos progresivos, o de alguien sin enfermedad neurodegenerativa. Debido a que no existe una prueba definitiva para la ELA, una prueba diagnóstica objetiva ayudaría a los pacientes a comenzar a recibir tratamiento antes para retardar la enfermedad.
El líquido cefalorraquídeo se obtuvo del Centro de Recursos del Cerebro Humano y del Líquido Espinal, que contiene líquido y tejido de individuos fallecidos. Berry, el Dr. Ankit Mehta, profesor asistente de neurocirugía y director de oncología de la columna vertebral en el Colegio de Medicina de la UIC, y sus colegas analizaron el líquido cefalorraquídeo de siete personas sin enfermedad neurodegenerativa; de 13 personas con ALS; de tres personas con esclerosis múltiple y de tres personas con una enfermedad neurodegenerativa desconocida.
«Vimos cambios únicos y distintivos en las energías de los fonones del grafeno dependiendo de si el líquido era de alguien con ELA, esclerosis múltiple o alguien sin enfermedad neurodegenerativa«, dijo Berry. «También pudimos determinar si el líquido era de alguien mayor de 55 años o menor de 55 años cuando analizamos el líquido cefalorraquídeo de pacientes con ELA. «Pensamos que la diferencia que vemos entre pacientes mayores y jóvenes con ELA es impulsada por firmas bioquímicas únicas que estamos detectando y que se relacionan con la ELA hereditaria, que generalmente produce síntomas antes de los 55 años, y lo que se conoce como ELA esporádica, que ocurre más adelante en la vida«.
Berry cree que el grafeno está captando las biosignaturas únicas, combinaciones de proteínas y otras biomoléculas, presentes en el líquido cefalorraquídeo de individuos con diferentes enfermedades.
«Las propiedades electrónicas del grafeno se han estudiado ampliamente, pero solo recientemente hemos comenzado a examinar sus propiedades fonónicas como una forma de detectar enfermedades«, dijo Berry. «Y resulta que el grafeno es un detector extremadamente versátil y preciso de biosignatures de enfermedades que se encuentran tanto en los fluidos cerebroespinales como en las células completas«.
Bijentimala Keisham de la Facultad de Ingeniería de la UIC; Steven Denyer, Pouyan Kheirkhan, Gregory Arnone, Abhiraj Bhimani y el Dr. Ankit Mehta, del departamento de neurocirugía de la Facultad de Medicina de la UIC, Akop Seksenyan de la Universidad de Medicina y Ciencia Rosalind Franklin, Chicago, y Clive Svendsen de Cedars-Sinai Medical Center, Los Angeles, son co-autores del artículo.
Esta investigación fue financiada por la subvención N00014-18-2583 de la Oficina de Investigación Naval, la subvención CMMI-1503681 de la National Science Foundation y una subvención de semillas de la Universidad de Illinois en Chicago.
Via: https://today.uic.edu/using-graphene-to-detect-als-other-neurodegenerative-diseases
