Il biosensore rileva i biomarcatori della salute mentale / Biosensor detects mental health biomarkers

Il biosensore rileva i biomarcatori della salute mentale / Biosensor detects mental health biomarkers

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Secondo i dati dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, oltre un miliardo di persone convivono con disturbi mentali, tra cui ansia e depressione, le condizioni più diffuse / According to data from the World Health Organization, over one billion people live with mental disorders, with anxiety and depression being the most prevalent conditions

I ricercatori brasiliani hanno sviluppato un biosensore portatile ed economico che identifica rapidamente una proteina i cui livelli alterati sono associati a disturbi psichiatrici, tra cui depressione, schizofrenia e disturbo bipolare.

Il biosensore è il risultato di una partnership tra ricercatori dell'Università di San Paolo (USP) ed Embrapa Instrumentação, parte della Corporazione brasiliana per la ricerca agricola.

Si compone di una striscia flessibile con elettrodi che, integrata in un analizzatore portatile, analizza le gocce di saliva umana.

In meno di tre minuti, il biosensore fornisce la concentrazione di BDNF (fattore neurotrofico derivato dal cervello), una proteina fondamentale per la crescita ed il mantenimento dei neuroni e per lo sviluppo delle funzioni cerebrali, tra cui l'apprendimento e la memoria. Gli individui sani presentano livelli di BDNF superiori a 20 ng/mL, mentre le persone con disturbo depressivo maggiore (MDD) presentano livelli inferiori a 10 o 12 ng/mL.

La ricerca, pubblicata su  ACS Polymers Au, dimostra che il dispositivo può misurare basse concentrazioni della proteina in un intervallo di saliva (da 10⁻²⁰ a 10⁻¹⁰ grammi per millilitro), fino a quantità minime ancora rilevabili (1,0 × 10⁻²⁰ grammi per millilitro).

Il biosensore ha un costo stimato di 2,19 dollari per unità ed una capacità di archiviazione a lungo termine. Secondo gli scienziati, il passo successivo è ottenere il brevetto.

"Esistono pochi sensori che eseguono questo tipo di analisi, ed il nostro è stato quello che ha funzionato meglio. Ha rilevato un'ampia gamma di concentrazioni, il che rappresenta un ottimo risultato dal punto di vista clinico. Quando i livelli di proteine ​​sono molto bassi, possono fungere da segnale di allarme per malattie e disturbi psichiatrici. D'altra parte, essendo in grado di segnalare un aumento del BDNF, contribuisce come strumento per monitorare i progressi del paziente in base al trattamento", ha affermato in una nota Paulo Augusto Raymundo Pereira, autore corrispondente e ricercatore presso l'Istituto di Fisica di São Carlos (IFSC-USP).

Fabbricazione di dispositivi

I ricercatori hanno sviluppato una striscia flessibile serigrafata su un substrato di pellicola di poliestere con tre elettrodi: un elettrodo di lavoro funzionalizzato, un elettrodo ausiliario in carbonio puro ed un elettrodo di riferimento in argento.

L'elettrodo di lavoro è stato modificato con nanosfere di carbonio. È stato ricoperto con uno strato di polietilenimmina e glutaraldeide per aumentarne la sensibilità e fungere da matrice per immobilizzare l'anticorpo di cattura specifico per il BDNF (anti-BDNF). Per prevenire altri tipi di interazione, è stato aggiunto uno strato reattivo di etanolammina.

Il rilevamento del BDNF si basa sulla formazione di immunocomplessi anticorpo-antigene, che aumentano la resistenza al trasferimento di elettroni sulla superficie del sensore. Questa crescita viene rilevata mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica, una tecnica utilizzata per studiare i processi che si verificano all'interfaccia tra un elettrodo ed una soluzione.

I risultati possono poi essere visualizzati in tempo reale su un dispositivo mobile tramite comunicazione wireless.

ENGLISH

Researchers in Brazil have developed a low-cost, portable biosensor that quickly identifies a protein whose altered levels are associated with psychiatric disorders, including depression, schizophrenia, and bipolar disorder.

The biosensor is the result of a partnership between researchers at the University of São Paulo (USP) and Embrapa Instrumentação, part of the Brazilian Agricultural Research Corporation.

It consists of a flexible strip with electrodes that, when integrated with a portable analyser, evaluates drops of human saliva.

In less than three minutes, the biosensor provides the concentration of BDNF (brain-derived neurotrophic factor), a protein crucial for the growth and maintenance of neurons and the development of brain functions, including learning and memory. Healthy individuals have BDNF levels above 20ng/mL, whereas people with major depressive disorder (MDD) have levels below 10 or 12ng/mL.

The research, published in ACS Polymers Au, shows that the device can measure low concentrations of the protein in a range of saliva (from 10⁻²⁰ to 10⁻¹⁰ grams per millilitre), down to minimal amounts that are still detectable (1.0 × 10⁻²⁰ grams per millilitre).

The biosensor has an estimated cost of US$2.19 per unit and long-term storage capacity. According to the scientists, the next step is to obtain the patent.

"There are few sensors that perform this type of analysis, and ours was the one that performed best. It detected a wide range of concentrations, which is a very good result from a clinical point of view. When protein levels are very low, it can serve as a warning sign for diseases and psychiatric disorders. On the other hand, by being able to signal an increase in BDNF, it contributes as a tool to monitor the patient's progress according to the treatment," Paulo Augusto Raymundo Pereira, corresponding author and researcher at the São Carlos Institute of Physics (IFSC-USP) said in a statement.

Device fabrication

The researchers developed a flexible strip screen-printed on a polyester film substrate with three electrodes: a functionalised working electrode, a pure carbon auxiliary electrode, and a silver reference electrode.

The working electrode was modified with carbon nanospheres. It received a layer of polyethyleneimine and glutaraldehyde to increase sensitivity and act as a matrix to immobilise the BDNF-specific capture antibody (anti-BDNF). To prevent other types of interaction, a reactive layer of ethanolamine was added.

BDNF detection is based on the formation of antibody-antigen immunocomplexes, which increase resistance to electron transfer on the sensor surface. This growth is captured by electrochemical impedance spectroscopy, a technique used to study processes that occur at the interface between an electrode and a solution.

The results can then be displayed in real time on a mobile device via wireless communication.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/low-cost-biosensor-detects-mental-health-biomarkers