Un medidor para la melatonina
En el marco del evento TECNOx, un equipo formado por estudiantes de las carreras de Química, Biología y Matemática de Exactas UBA, así como de Diseño Industrial, de Arquitectura UBA, idearon un dispositivo que puede medir en forma rápida y económica la concentración de melatonina en una muestra de orina.
Prototipo del biosensor de melatonina.
Inspirado en Cronos, el dios del tiempo en la mitología griega, Chronosense es un pequeño dispositivo que permite medir la cantidad de melatonina presente en una muestra de orina. Esta hormona se vincula con el tiempo porque es la que regula los ritmos de sueño y vigilia durante las 24 horas del día.
El nuevo dispositivo es un prototipo desarrollado por un grupo interdisciplinario de estudiantes de la UBA, bajo la dirección de un investigador de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, y que fue presentado en la competencia TECNOx, Estudiantes latinoamericanos articulando tecnologías, que se llevó a cabo en esa casa de estudios.
Lo cierto es que hasta el momento no existía ningún método para determinar melatonina en fluidos corporales que se basara en el empleo de un biosensor. Y la ventaja de Chronosense es que se trata de “una plataforma simple, barata, robusta y eficaz”, afirman los estudiantes en la página web dónde cuentan su proyecto.
Chronosense combina el uso de una técnica denominada “ensayo de halo”, con la generación de una cepa de levadura recombinante encargada de detectar la melatonina.
Actualmente, la medición de los niveles de melatonina en fluidos corporales se realiza mediante técnicas sofisticadas y laboriosas, como la espectrometría de masas o los radioinmunoensayos. También existen otras más sencillas, pero aún resultan muy costosas.
Ritmos sueños vigilia
La melatonina es una hormona producida por la glándula pineal, ubicada en el centro del cerebro, y su concentración en sangre varía a lo largo del día. Es que su producción es estimulada por la oscuridad, y es inhibida por la luz. La secreción de esta sustancia alcanza su pico en la mitad de la noche, y luego comienza a disminuir. De este modo, regula los ciclos circadianos y estacionales.
En los últimos años se ha encontrado que las alteraciones en los niveles de melatonina están vinculadas a ciertas enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y esclerosis múltiple, lo que sugiere que la melatonina juega un rol relevante en la fisiología humana”, señala Heli García Álvarez, estudiante de la carrera Ciencias Biológicas en Exactas UBA, Y agrega: “Por eso creemos que es importante tener un método eficaz, simple y barato para poder detectar este metabolito”.
Levaduras enamoradas
Para detectar y medir el nivel de melatonina, los jóvenes investigadores utilizan la levadura Saccharomyces cerevisiae, el microorganismo responsable de la fermentación del pan, la cerveza y el vino. Es un hongo unicelular cuyo ciclo de vida presenta dos formas alternativas: una haploide (un solo juego de cromosomas) y otra diploide (dos juegos).
En la fase haploide, las células pueden aparearse en forma sexual, fusionarse y regenerar la célula diploide. “Nosotros usamos la célula en su fase haploide”, explica García Álvarez. Durante la fase haploide se pueden distinguir dos tipos celulares, cada uno de los cuales secreta una feromona que es detectada por las levaduras del otro tipo. Así los dos tipos celulares se reconocen entre sí y así pueden iniciar la fusión y regenerar una célula diploide. Al detectar el factor correspondiente, cada una de ellas detiene su ciclo celular.
Dado que las células sensan la feromona mediante un receptor que es similar en su naturaleza química al receptor que detecta la melatonina en el cuerpo humano, los investigadores realizan cambios en la vía de señalización para que la levadura, en lugar de detectar la feromona, detecte la melatonina, y luego de esa detección detenga su ciclo celular.
Mediante técnicas de ingeniería genética vamos a cambiar el receptor que sensa la feromona en las levaduras, por el receptor que detecta la melatonina”, adelanta la futura bióloga.
El dispositivo
El dispositivo en cuestión se basa en el crecimiento de un “césped” de levaduras en una placa de agar a la que se inocula una solución con melatonina. La hormona difunde y genera un gradiente de concentración, y es detectada por el sensor de las levaduras. Allí donde la concentración es mayor, se inhibe el crecimiento de las células ya que se detiene su ciclo celular, y se genera un halo de ausencia de crecimiento. El diámetro del halo está determinado, entre otras variables, por la cantidad de hormona en el inóculo. “Realizando una curva de dosis-respuesta de concentración de la melatonina en función del diámetro del halo, se puede estimar la concentración de la hormona en una muestra biológica”, explica Nicolás Borassi, estudiante de química de Exactas UBA.
Deficiencia de melatonina
Muchos de los trastornos del sueño están asociados con la deficiencia de melatonina; por ejemplo, el insomnio, la depresión y también el jetlag que se produce por el cambio de las condiciones lumínicas cuando se viaja de un país a otro.
Pero también el déficit de melatonina se relaciona con la esclerosis múltiple, una enfermedad neurodegenerativa caracterizada por lesiones desmielinizantes en el cerebro y la médula espinal, lo que afecta la movilidad y pueda causar invalidez. En investigaciones se ha determinado que en otoño e invierno, en que hay menos luz y más melatonina, los síntomas de la enfermedad se atenúan. Algunos estudios muestran que el mayor nivel de esta hormona en sangre favorece la proliferación de linfocitos T reguladores que, a su vez, limitan la proliferación de células T patógenas que desencadenan los procesos de esclerosis.
En el caso del Alzheimer, en investigaciones en las que se emplean modelos de ratón de la enfermedad, se ha visto que la administración de melatonina revierte el proceso neurodegenerativo. Las propiedades citoprotectoras y antioxidantes de la melatonina la postulan como un jugador central en la prevención de la formación de las placas amiloides que caracterizan al Alzheimer, tema que aún sigue en estudio”, relata García Álvarez.
El dispositivo se encuentra todavía en la fase del prototipo, pero el equipo considera que este desarrollo será de suma utilidad para la medición de la melatonina en forma rápida y económica. Pero además consideran que, realizando las modificaciones necesarias, el dispositivo también podrá ser de utilidad en un futuro para medir otros metabolitos.
Los responsables de Chronosense
Se trata del grupo Primers, que no es una banda de rock, sino un equipo de trabajo interdisciplinario, que abarca los campos de la biología, la química, la matemática y el diseño industrial.
Primers está integrado por seis estudiantes de grado de Exactas UBA y un estudiante de doctorado y coordinado por Alejandro Colman-Lerner, director del Laboratorio de Biología de Sistemas Moleculares del Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular (Exactas UBA).
Los estudiantes son Heli García Álvarez, Sebastián Yanichevsky y Leandro Battini (Ciencias Biológicas); Nicolás Borassi (Ciencias Químicas); Denys Bulakva (Ciencias Matemáticas); Nicolás Vago (Diseño Industrial de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo de UBA). Por su parte, Andreas Constantinou es estudiante de doctorado en el laboratorio de Biología de Sistemas, Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias, CONICET UBA.
