Senzori electrochimici purtabili bazați pe aptameri pentru monitorizarea continuă in vivo a biomarkerilor

Un studiu de tip review realizat în domeniul ingineriei biomedicale și publicat în Microsystems & Nanoengineering la data de 9 decembrie 2025 analizează progresele recente în dezvoltarea senzorilor electrochimici purtabili bazați pe aptameri pentru monitorizarea continuă a biomarkerilor in vivo. Cercetarea arată că aptamerii reprezintă o alternativă promițătoare la anticorpi și enzime pentru monitorizarea dinamică, în timp real, a stării fiziologice și patologice.

Rezumat

• Aptamerii oferă legare reversibilă, stabilitate biologică crescută și posibilități extinse de modificare chimică.

• Senzorii electrochimici purtabili permit monitorizarea continuă a biomarkerilor în fluide alternative (transpirație, salivă, exsudat de plagă) sau în lichidul interstițial.

• Sunt descrise strategii avansate de imobilizare a aptamerilor și de transducție electrochimică a semnalului.

• Tehnologiile cu microace (microneedle patches) permit monitorizare minim invazivă, cu aplicații clinice largi.

• Persistă provocări legate de stabilitate pe termen lung, regenerarea senzorilor și detecția biomarkerilor în concentrații foarte mici.

Context

Biomarkerii biochimici – proteine, peptide, acizi nucleici sau metaboliți – sunt esențiali pentru diagnostic, stadializarea bolilor și evaluarea răspunsului terapeutic. În practica clinică, aceștia sunt determinați în principal din sânge venos, prin metode in vitro (imunoteste, cromatografie, spectrometrie de masă, reacția de polimerizare în lanț). Deși precise, aceste metode sunt invazive, costisitoare și nu permit evaluarea dinamică în timp real.

Monitorizarea continuă a biomarkerilor oferă un avantaj major: surprinderea variațiilor tranzitorii și corelarea acestora cu procese fiziopatologice active, esențiale în boli precum diabetul zaharat, bolile inflamatorii cronice, infecțiile sau afecțiunile neurodegenerative.

Despre studiul actual

Articolul analizează extensiv literatura de specialitate privind senzorii electrochimici purtabili bazați pe aptameri, cu accent pe:

• Caracteristicile aptamerilor
  Aptamerii sunt oligonucleotide monocatenare selectate prin tehnica Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment (SELEX). Ei prezintă afinitate ridicată, specificitate înaltă, stabilitate termică și legare reversibilă prin interacțiuni necovalente (legături de hidrogen, interacțiuni electrostatice, hidrofobe și stacking π–π).

• Metodologia de selecție și optimizare
  Sunt descrise platforme moderne SELEX automatizate, inclusiv microfluidice și bazate pe separare magnetică, care reduc timpul de selecție și cresc reproductibilitatea. Se discută rolul conformațiilor tridimensionale complexe (hairpin, stem-loop, G-quadruplex) în specificitatea de legare.

• Imobilizarea aptamerilor pe electrozi
  Sunt analizate patru strategii principale:

  • adsorbție fizică;

  • autoasamblare aur–sulf (Au–S);

  • legare covalentă (de tip EDC/NHS);

  • sistemul biotină–streptavidină.
    Fiecare metodă este evaluată în funcție de stabilitate, orientarea aptamerilor și riscul de adsorbție nespecifică.

• Strategii de amplificare a semnalului
  Aptamerii pot fi modificați cu molecule electroactive precum albastru de metilen, ferocen sau derivați de chinonă, dar și cu nanomateriale (nanoparticule de aur, MXene, oxizi metalici). Acestea cresc sensibilitatea și permit detecția fără reactivi suplimentari.

• Strategii de transducție electrochimică

  • modificări ale impedanței electrochimice a suprafeței electrodului;

  • strategii bazate pe captare directă sau eliberare competitivă a sondelor electroactive, cu răspuns rapid și sensibilitate crescută.

Rezultate și aplicații

Revizuirea evidențiază aplicații majore ale acestor tehnologii:

• Monitorizare non-invazivă

  • cortizol, estradiol și alți hormoni în transpirație;

  • biomarkeri inflamatori și bacterieni în exsudatul de plagă;

  • monitorizare în timp real, cu regenerarea senzorilor și deriva minimă a semnalului.

• Monitorizare minim invazivă cu microace

  • determinarea antibioticelor (tobramicină, vancomicină) în lichidul interstițial;

  • monitorizarea insulinei și a altor proteine cu relevanță clinică;

  • tehnologii inovatoare de resetare activă a senzorilor pentru proteine, care depășesc limitările legării foarte strânse.

• Perspective clinice
  Aceste sisteme permit monitorizarea farmacocinetică, ajustarea dozelor în timp real, managementul bolilor cronice și integrarea cu platforme digitale de sănătate.

Concluzii

Aptamerii reprezintă elemente de recunoaștere biologică extrem de versatile, capabile să depășească limitările anticorpilor în monitorizarea continuă in vivo. Integrarea lor în senzori electrochimici purtabili deschide perspective reale pentru medicina de precizie, managementul personalizat al bolilor și monitorizarea dinamică a răspunsului terapeutic.

Totuși, rămân provocări esențiale legate de stabilitatea pe termen lung, biofouling, regenerarea controlată a senzorilor și detectarea biomarkerilor în concentrații foarte mici. Abordările interdisciplinare – combinând ingineria materialelor, bioingineria și analiza datelor – sunt esențiale pentru tranziția acestor tehnologii din stadiul experimental către aplicații clinice de rutină.