ELISA plasmónico habilitado por smartphone para detección ultra-sensible de mioglobina en punto de atención

Resumen

La mioglobina sérica aumenta dentro de 1–2 h tras un infarto agudo de miocardio (IAM), convirtiéndose en biomarcador temprano crítico. Presentamos un inmunoensayo plasmónico que explota cambios de resonancia de plasmones de superficie localizados (LSPR) mediados por enzima de nanobarras de oro (AuNRs) para cuantificar mioglobina con rango lineal 0,1–1000 ng mL⁻¹ y límite de detección (LOD) 0,057 ng mL⁻¹. Un lector novedoso, construido a partir del sensor de luz ambiental (ALS) de un smartphone y un accesorio impreso en 3D, traduce desplazamientos LSPR en una lectura simple y de bajo costo (~$2) adecuada para entornos con recursos limitados. Las concentraciones de mioglobina medidas por este método correlacionaron fuertemente con resultados ELISA convencionales, subrayando su relevancia clínica para triaje rápido de IAM.

Introducción

El IAM sigue siendo una causa principal de mortalidad mundial, con 1,5 millones de casos en EE. UU. y 500.000 en China anualmente. La detección temprana depende de biomarcadores que aumentan rápidamente; la mioglobina sérica alcanza su pico 6–9 h post-infarto y es detectable desde 1–2 h [3–5]. ELISA convencional, aunque fiable, requiere infraestructura de laboratorio y personal calificado, limitando su utilidad en escenarios de punto de atención (POC).

Los inmunoensayos plasmónicos combinan la especificidad de ELISA con la amplificación óptica de nanoestructuras metálicas, permitiendo lectura a simple vista y alta sensibilidad. Las nanobarras de oro, con su LSPR ajustable, son particularmente atractivas para transducción de señal en biosensores. Sin embargo, la interpretación cuantitativa tradicionalmente demanda espectrómetros o lectores de microplacas, restringiendo despliegue en campo. Aquí desarrollamos un ELISA plasmónico basado en AuNRs para mioglobina, acoplado con un lector impulsado por smartphone que aprovecha el ALS del teléfono para capturar intensidad de luz transmitida, ofreciendo una herramienta diagnóstica portátil e inexpensiva.

Materiales y métodos

Materiales

Mioglobina humana (Abcam, UK), anticuerpos monoclonales anti-mioglobina (mAb1, mAb2, producción interna), nanobarras de oro (AuNRs), glucosa oxidasa (GOx), peroxidasa de rábano picante (HRP) y otros reactivos se obtuvieron de proveedores estándar. Muestras de suero se recolectaron en Hospital Guangzhou Overseas Chinese.

Aparatos

Los espectros LSPR se registraron con lector de microplacas Synergy H1; absorbancia ELISA se midió a 450 nm en lector MK3. AuNRs se caracterizaron por TEM PHILIPS TECNAI-10. El lector smartphone se ensambló en chasis impreso en 3D (parte 1: 100 × 40 × 40 mm, parte 2: 76 × 13 × 12 mm) y alimentado por dos baterías 1,5 V. Un LED 850 nm alineado con ALS permitió medición de luz transmitida vía app Light Meter (Android; compatible iOS).

Síntesis de AuNRs

Crecimiento mediado por semillas produjo AuNRs con relación de aspecto ajustada por concentraciones de AgNO₃ y CTAB. Las barras finales se incubaron 12 h bajo agitación antes de uso.

Protocolo de inmunoensayo plasmónico

Placas de 96 pocillos se recubrieron overnight con mAb1, bloquearon con BSA y almacenaron a –20 °C. GOx-mAb2 (GOx-Ab2) se agregó a pocillos con concentraciones variables de mioglobina, seguido por glucosa y AuNRs en presencia de HRP y CTAB. El grabado de AuNRs por H₂O₂ generó un corrimiento al azul en el pico LSPR y redujo absorbancia a 850 nm, proporcional a cantidad de mioglobina. La intensidad de luz transmitida fue registrada por el lector smartphone, generando curva de calibración. Muestras de suero se diluyeron diez veces y procesaron idénticamente.

Análisis de datos

Regresión lineal se realizó usando Origin 9.0; todos los ensayos se triplicaron para asegurar reproducibilidad.

Resultados y discusión

Principio del ensayo

GOx en mAb2 convierte glucosa en ácido gluconico y H₂O₂. H₂O₂, en presencia de HRP y Br⁻, graba AuNRs, desplazando el pico LSPR a longitudes de onda más cortas y reduciendo absorbancia a 850 nm. La magnitud del desplazamiento o pérdida de intensidad refleja directamente la concentración de mioglobina.

Optimización

Concentraciones óptimas HRP (1,5 µM) y CTAB (6,25 µM) maximizaron desplazamiento LSPR. Tiempo de grabado 30 min con 100 µM H₂O₂ produjo señales estables. Niveles mayores de H₂O₂ indujeron corrimiento al azul pronunciado y cambio morfológico de barras rectangulares a elípticas, confirmando mecanismo de grabado.

Rendimiento del lector smartphone

El lector basado en ALS midió intensidad de luz transmitida a 850 nm con <1 % varianza relativa a lector de microplacas comercial, logrando correlación 99,1 % (R² = 0,991). El accesorio completo cuesta aproximadamente $2.

Sensibilidad analítica

Usando desplazamiento LSPR, el ensayo cuantificó mioglobina 0,1–1000 ng mL⁻¹ con LOD 57,8 pg mL⁻¹. Cuando se leyó por smartphone, el rango lineal permaneció idéntico, con LOD 64,1 pg mL⁻¹. Mediciones de suero clínico mostraron fuerte concordancia con ELISA (R² = 0,98), validando el potencial diagnóstico del método.

Comparación con ELISA

ELISA tradicional produjo rango lineal 25–1000 ng mL⁻¹ y LOD 22,7 ng mL⁻¹. El ensayo plasmónico ofrece por tanto ~400 veces menor LOD y rango dinámico más amplio, superior para detección temprana de IAM.

Conclusiones

Hemos demostrado un ELISA plasmónico de nanobarras de oro que detecta mioglobina sérica con sensibilidad sin precedentes (LOD = 0,057 ng mL⁻¹) y un lector smartphone sencillo. La plataforma evita instrumentación compleja, ofreciendo una solución viable y de bajo costo para diagnóstico POC de IAM en entornos con recursos limitados.

Abreviaturas

• Ab1: Anticuerpo anti-mioglobina
• Ab2: Anticuerpo anti-mioglobina 2
• ALS: Sensor de luz ambiental
• AMI: Infarto agudo de miocardio
• AuNRs: Nanobarras de oro
• ELISA: Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas
• GOx: Glucosa oxidasa
• HRP: Peroxidasa de rábano picante
• H₂O₂: Peróxido de hidrógeno
• LSPR: Resonancia de plasmones de superficie localizada
• Myo: Mioglobina sérica
• POCT: Pruebas en punto de atención