La diabetes mellitus continúa siendo uno de los principales retos de salud pública en México y en el mundo. El incremento sostenido de su prevalencia en las últimas décadas ha impulsado la búsqueda de métodos de monitoreo menos invasivos, más accesibles y con mayor adherencia por parte del paciente.
En este contexto, el análisis de glucosa en fluidos alternativos, como el sudor, representa una línea prometedora de investigación. Aunque la concentración de glucosa en sudor es significativamente menor que en sangre, el desarrollo de plataformas electroquímicas sensibles podría contribuir al desarrollo futuro de sistemas no invasivos, sujeto a validación clínica adicional.
Una investigación reciente describe una evaluación preliminar de factibilidad basada en electrodos serigrafiados (screen-printed electrodes, SPE) modificados con Azul de Prusia (Prussian Blue, PB) y la enzima glucosa oxidasa (GOx) para la detección electroquímica de glucosa.
Fundamento electroquímico del sistema
El diseño del biosensor se basa en un mecanismo enzimático clásico. La glucosa oxidasa cataliza la oxidación de la glucosa, generando peróxido de hidrógeno (H₂O₂) como subproducto. Este compuesto puede ser cuantificado electroquímicamente.
El Azul de Prusia, conocido químicamente como hexacianoferrato férrico, actúa como mediador electroquímico en la reducción catalítica del H₂O₂. Diversos estudios han demostrado que este compuesto presenta:
- Alta selectividad electroquímica.
- Capacidad catalítica hacia la reducción de peróxido de hidrógeno.
- Operación a potenciales bajos, reduciendo interferencias.
- Bajo costo y facilidad de incorporación en matrices de carbono.
Una característica relevante del PB es su estructura cristalina cúbica, que limita la interferencia de moléculas de mayor tamaño, como el ácido ascórbico o el ácido úrico, mejorando la especificidad analítica del sistema.
Modificación de electrodos serigrafiados
Los electrodos empleados fueron modificados mediante la incorporación de Azul de Prusia en la tinta de carbono, seguida de la inmovilización de glucosa oxidasa.
En estudios previos, la incorporación directa de partículas modificadas con PB en matrices de carbono ha permitido desarrollar sensores amperométricos sensibles para H₂O₂. Sin embargo, algunos sistemas presentaban limitaciones relacionadas con la estabilidad en pH básico o pérdida de señal tras un uso prolongado.
En el presente enfoque, la combinación optimizada de PB con GOx permitió evaluar el desempeño analítico bajo condiciones fisiológicamente relevantes, utilizando una solución tampón fosfato (PBS 0.1 M) suplementada con concentraciones crecientes de glucosa.
Evaluación analítica preliminar
Se compararon dos configuraciones:
- Electrodo modificado únicamente con glucosa oxidasa.
- Electrodo modificado con Azul de Prusia y glucosa oxidasa.
Los resultados mostraron diferencias claras en el comportamiento electroquímico. El electrodo con enzima sin mediador no presentó una respuesta proporcional definida ante incrementos en la concentración de glucosa. En contraste, el sistema PB-GOx mostró una relación proporcional entre concentración y señal, con una sensibilidad analítica reportada de 0.0008 mA μM⁻¹.
Estos hallazgos confirman el papel crítico del Azul de Prusia como mediador en la detección eficiente del peróxido de hidrógeno generado por la reacción enzimática.
Consideraciones sobre estabilidad y desempeño
En desarrollos similares, sensores basados en PB han alcanzado límites de detección en el rango micromolar y han mostrado estabilidad operativa de horas a días, así como estabilidad de almacenamiento prolongada bajo condiciones adecuadas.
Uno de los desafíos históricos del PB ha sido su inestabilidad a pH elevados; procedimientos de modificación optimizados han permitido mejorar su comportamiento en rangos fisiológicos cercanos al pH neutro, ampliando su aplicabilidad para biosensores clínicos.
La incorporación directa de GOx en la mezcla de tinta, previo al proceso de impresión, también ha demostrado ser una estrategia viable para producir biosensores listos para su uso, con parámetros analíticos evaluables en términos de límite de detección, linealidad y sensibilidad.
Diseño del dispositivo portátil
Además del componente electroquímico, el estudio incluye el diseño conceptual de un sistema electrónico portátil capaz de:
- Generar la señal de excitación.
- Procesar la señal amperométrica.
- Interpretar la respuesta en función de la concentración del analito.
La integración hardware-sensor es un paso esencial para la eventual aplicación clínica. En etapas futuras, la miniaturización y la conectividad podrían permitir el desarrollo de plataformas portátiles o vestibles.
Implicaciones para el monitoreo no invasivo
El monitoreo continuo de glucosa en sangre requiere métodos invasivos o mínimamente invasivos que pueden generar incomodidad y disminuir la adherencia terapéutica. La detección en sudor representa una alternativa atractiva, aunque todavía enfrenta retos importantes:
- Baja concentración de glucosa en sudor.
- Variabilidad interindividual.
- Influencia del flujo sudoral.
- Necesidad de correlación clínica con la glucosa sanguínea.
Este estudio se considera preliminar y de factibilidad técnica. No establece equivalencia clínica ni reemplazo de métodos convencionales; sin embargo, demuestra que la modificación de electrodos con Azul de Prusia y glucosa oxidasa puede generar una respuesta electroquímica medible y proporcional en un entorno controlado.
Limitaciones y próximos pasos
Entre las principales limitaciones se encuentran:
- Evaluación en soluciones modelo y no en muestras clínicas reales.
- Necesidad de estudios de interferencia con componentes del sudor.
- Falta de validación en población con diabetes.
Futuros trabajos deberán incluir pruebas in vivo, análisis comparativos con glucosa capilar y evaluación de estabilidad a largo plazo en condiciones reales de uso.
Referencias:
- Revista Mexicana de ingenieria Biomédica. Modification of screen-printed electrodes with Prussian Blue (PB) and enzyme for diabetes control in sweat: Preliminary feasibility study https://www.rmib.mx/index.php/rmib/article/view/1521
- Francesco Ricci. Prussian Blue and enzyme bulk-modified screen-printed electrodes for hydrogen peroxide and glucose determination with improved storage and operational stability http://www.francescoriccilab.com/wp-content/uploads/2013/01/3.pdf
- ResearchGate. Prussian Blue and enzyme bulk-modified screen-printed electrodes for hydrogen peroxide and glucose determination with improved storage and operational stability https://www.researchgate.net/publication/223394523_Prussian_Blue_and_enzyme_bulk-modified_screen-printed_electrodes_for_hydrogen_peroxide_and_glucose_determination_with_improved_storage_and_operational_stability
