Desarrollo de un prototipo de biosensor basado en nanoconjugados de nanopartículas de carbono y papaína para la detección de cistatina c (cYS c)

Cavazos Jaramillo, Azael Adrián (2020) Desarrollo de un prototipo de biosensor basado en nanoconjugados de nanopartículas de carbono y papaína para la detección de cistatina c (cYS c). Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Las enfermedades renales se han posicionado como cuadros patológicos altamente limitantes, que al encontrarse relacionada su aparición con cuadros clínicos tan comunes como la diabetes, su prevalencia ha continuado aumentando en años recientes. Una detección oportuna de este padecimiento permitiría proporcionar a los pacientes que la padezcan una mejor calidad de vida, retrasando el desarrollo de la enfermedad o bien reduciendo sus limitaciones físicas. Es en este sentido que los biosensores toman importancia como herramientas para la detección de biomarcadores asociados al daño renal, dada la portabilidad y simpleza en su uso. La proteína humana Cistatina C (Cys C) se ha posicionado como uno de los biomarcadores de enfermedad renal más prometedores, debido a que mantiene una concentración estable en orina y suero a pesar del efecto de factores como la edad, la dieta o el sexo. En este trabajo, nanopartículas de carbono sintetizadas mediante coprecipitación química y caracterizadas mediante microscopia electrónica de transmisión, así como por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) fueron funcionalizadas con papaína (cisteína proteasa) mediante la unión covalente de sus grupos carboxilos con los grupos amino de la papaína usando los agentes 1-etil-3- (3 dimetilaminopropil) carbodiimida y N-hidroxisuccinimida, corroborando su formación mediante FTIR. Los nanocomplejos fueron fijados en un electrodo de carbono serigrafiado usando Nafion al 5% y su inmovilización se determinó mediante voltamperometría cíclica usando K4Fe(CN)6, 10 mM como indicador redox. Cinco concentraciones conocidas de Cys C en un rango de 0.9 a 3.0 µg/mL fueron usadas para establecer una curva de calibración del biosensor, midiéndose la interacción entre los nanoconjugados y la Cys C mediante voltamperometría cíclica, obteniendo valores de I en un rango de 61.77 a 51.11 µA. Posterior a la obtención de la curva de calibración de Cys C; tres muestras de suero provenientes de donadores sin antecedentes de daño renal diagnosticado fueron usadas para retar al sistema, siendo posible localizar los valores I en la curva de calibración; los valores I oscilaron entre 52.57 a 74.88, 45.50 a 75.31 y 42.48 a 79.17 µA respectivamente. El sistema de biosensor desarrollado presento la cualidad de detectar a concentraciones de Cys C incluso ante muestras provenientes de pacientes, por lo tanto, un biosensor basado en biomarcador Cistatina C puede ser una plataforma prometedora para diseñar detectores portátiles de enfermedades renales. Abstract Renal diseases have been positioned as highly limiting pathological conditions, which to be related to common clinical conditions as diabetes, its prevalence has been increased in recent years. An early detection of this condition would allow to provide patients with a better life quality, delaying disease development or reducing their physical limitations. It is in this way that biosensors are important kidney damage biomarkers detection tools, given portability and simplicity in their use. Human protein Cystatin C (Cys C) has been positioned as one of the most promising kidney disease biomarkers, due to maintain a urine and serum stable concentration, despite the factor effect such as age, diet or sex. In this work, carbon nanoparticles synthesized by chemical coprecipitation and characterized by transmission electron microscopy and by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were conjugated with papain (cysteine protease) whose amino groups were covalently bound to carboxyl groups on carbon- anoparticles using 1-ethyl-3-(3 dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and Nhydroxysuccinimide (NHS). The formed nanocomplexes were characterized by FTIR. The nanocomplexes were fixed on a screen-printed carbon electrode using 5% Nafion and their immobilization was determined by cyclic voltammetry using 10 mM K4Fe(CN)6 as a redox indicator. Five known Cys C concentrations in a range of 0.9 to 3.0 µg/mL were used to establish a biosensor calibration curve, measuring the interaction between nanoconjugates and papain by cyclic voltammetry obtaining current values ranging from 61.77 to 51.11 µA. After obtaining the Cys C calibration curve, three serum samples from donors without a history of diagnosed renal damage were used to challenge the system, being possible to locate the I values in the calibration curve where the I values ranged from 52.57 to 74.88, 45.50 to 75.31 and 42.48 to 79.17 µA respectively. The developed biosensor system presented the quality to detect Cys C concentrations even to samples from patients, therefore, a Cystatin C biomarker-based biosensor can be a promising platform to design portable kidney disease detectors.

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