ES2932995A1 - Eye parasite detection system - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema de detección de parásitos ocularesEye parasite detection system
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR
La presente invención consiste en el desarrollo de un sistema de detección precoz de Acanthamoeba spp. y otros parásitos oculares basándose en un cambio colorimétrico mediante el uso de nanopartículas de oro.The present invention consists of the development of an early detection system for Acanthamoeba spp. and other eye parasites based on a colorimetric change through the use of gold nanoparticles.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las infecciones oculares pueden estar causadas por una amplia variedad de microorganismos: hongos, bacterias, virus o parásitos que pueden provocar casos de conjuntivitis, endoftalmitis, uveítis, queratitis.Eye infections can be caused by a wide variety of microorganisms: fungi, bacteria, viruses or parasites that can cause cases of conjunctivitis, endophthalmitis, uveitis, keratitis.
Las infecciones pueden ocurrir por microorganismos exógenos cuando el ojo está dañado, lo que permite su entrada en el ojo, o microorganismos presentes habitualmente pueden ser el origen de infecciones oculares, especialmente si se alteran los sistemas defensivos por la presencia de lentes de contacto, operaciones quirúrgicas, u otras técnicas invasivas.Infections can occur due to exogenous microorganisms when the eye is damaged, allowing it to enter the eye, or microorganisms usually present can be the origin of ocular infections, especially if the defensive systems are altered by the presence of contact lenses, operations surgical, or other invasive techniques.
La queratitis microbiana es una de las patologías más peligrosas en usuarios de lentes de contacto. Las bacterias del género Pseudomonas spp. concretamente Pseudomonas aeruginosa son las principales causantes seguidas por Staphylococcus spp. Las infecciones causadas por Acanthamoeba spp y por hongos representan una menor proporción, pero son más graves. Los hongos son gérmenes oportunistas que pueden afectar a la córnea provocando queratitis micóticas. Son producidas fundamentalmente por hongos filamentosos (Fusarium solani y Aspergillus) y levaduras Candida albicans. Su presencia aumenta en caso de lentes de contacto ya que se adhieren con facilidad.Microbial keratitis is one of the most dangerous pathologies in contact lens wearers. Bacteria of the genus Pseudomonas spp. specifically Pseudomonas aeruginosa are the main causes followed by Staphylococcus spp. Infections caused by Acanthamoeba spp and fungi represent a smaller proportion, but are more serious. Fungi are opportunistic germs that can affect the cornea causing fungal keratitis. They are mainly produced by filamentous fungi (Fusarium solani and Aspergillus) and Candida albicans yeasts. Its presence increases in the case of contact lenses since they adhere easily.
Las amebas de vida libre pertenecientes al género Acanthamoeba son organismos unicelulares, concretamente protozoos cuyo ciclo biológico presenta dos estadios: el trofozoíto, que es la fase activa en la cual la ameba puede replicarse, y el quiste, que es la fase latente que el microorganismo adquiere cuando las condiciones ambientales no son favorables. Estas amebas pueden vivir en múltiples ambientes: el suelo, polvo, aire y agua.The free-living amoebas belonging to the genus Acanthamoeba are unicellular organisms, specifically protozoa whose biological cycle has two stages: the trophozoite, which is the active phase in which the amoeba can replicate, and the cyst, which is the latent phase that the microorganism acquired when environmental conditions are not favorable. These amoebas can live in multiple environments: soil, dust, air, and water.
Además, en las condiciones apropiadas, puede comportarse como parásito en distintos hospedadores. Existen otros parásitos oculares como Toxoplasma gondii, Demodex sp entre otros, pero la Acanthamoeba spp es el único relacionado con el uso de lentes de contacto y el que tiene mayor incidencia en nuestro país.In addition, under the appropriate conditions, it can behave as a parasite in different hosts. There are other eye parasites such as Toxoplasma gondii, Demodex sp among others, but Acanthamoeba spp is the only one related to the use of contact lenses and the one with the highest incidence in our country.
En el ser humano, Acanthamoeba puede producir diversas patologías. A nivel ocular y en relación con la presente invención, es responsable de la queratitis amebiana (QA), patología que afecta a la superficie corneal. Las especies más comunes que pueden causar esta patología son la Acanthamoeba castellani y la Acanthamoeba polyphaga. In humans, Acanthamoeba can cause various pathologies. At the ocular level and in relation to the present invention, it is responsible for amebic keratitis (AK), a pathology that affects the corneal surface. The most common species that can cause this pathology are Acanthamoeba castellani and Acanthamoeba polyphaga.
La queratitis por Acanthamoeba cursa con dolor, fotofobia, defecto epitelial, edema y si no se trata de manera adecuada, puede provocar la pérdida completa de la visión.Acanthamoeba keratitis presents with pain, photophobia, epithelial defect, edema, and if not treated properly, it can cause complete loss of vision.
Existen diferentes factores considerados de riesgo para el desarrollo de la queratitis, entre los que se encuentran traumas, daños de la superficie ocular y el uso de lentes de contacto (LC). Hay numerosos estudios que demuestran una relación entre el uso de lentes de contacto y el desarrollo de QA, llegando a ser considerado como su principal factor de riesgo. Su uso durante el baño, las malas prácticas de higiene, así como su limpieza con agua de grifo incrementan el riesgo de infección.There are different risk factors for the development of keratitis, among which are trauma, damage to the ocular surface and the use of contact lenses (CL). There are numerous studies that demonstrate a relationship between the use of contact lenses and the development of QA, becoming considered as its main risk factor. Its use during the bath, poor hygiene practices, as well as cleaning with tap water increase the risk of infection.
La incidencia de esta patología es difícil de estimar con precisión debido a variaciones regionales. Aproximadamente un 5% de las queratitis asociadas al uso de lentes de contacto son por Acanthamoeba.The incidence of this pathology is difficult to estimate precisely due to regional variations. Approximately 5% of contact lens-associated keratitis is caused by Acanthamoeba.
P. aeruginosa es una bacteria gramnegativa versátil que se encuentra en una amplia gama de ambientes, pero también actúa como un patógeno oportunista, causando numerosos tipos de infección. Es responsable de la mayor parte de queratitis bacterianas especialmente en usuario de lentes de contacto.P. aeruginosa is a versatile gram-negative bacterium found in a wide range of environments, but it also acts as an opportunistic pathogen, causing numerous types of infection. It is responsible for most bacterial keratitis, especially in contact lens wearers.
La sintomatología asociada cursa con dolor agudo, enrojecimiento y fotofobia. Se forma una úlcera corneal con secreción mucopurulenta en la superficie que puede progresar hasta la perforación corneal. P. aeruginosa es de especial virulencia y de evolución rápida, pudiendo producir la pérdida del globo ocular. Esta bacteria se adhiere a las lentes de contacto, y es resistente a su limpieza con soluciones de mantenimiento. Las bacterias son responsables de la mayoría de los casos de queratitis microbiana, entre el 70% y 90% según diferentes estudios.The associated symptoms include acute pain, redness, and photophobia. A corneal ulcer with mucopurulent discharge forms on the surface that may progress to corneal perforation. P. aeruginosa is particularly virulent and rapidly evolving, and can cause loss of the eyeball. This bacterium adheres to contact lenses, and is resistant to cleaning with maintenance solutions. Bacteria are responsible for most cases of microbial keratitis, between 70% and 90% according to different studies.
En cuanto al diagnóstico de las infecciones causadas por los diferentes patógenos, es importante que sea temprano, siendo un factor clave para que la infección pueda ser tratada a tiempo y evitar así un peor pronóstico. Es importante hacer un buen diagnóstico diferencial entre queratitis herpética, fúngica, parasitaria o bacteriana.Regarding the diagnosis of infections caused by the different pathogens, it is important that it be early, being a key factor so that the infection can be treated on time and thus avoid a worse prognosis. It is important to make a good differential diagnosis between herpetic, fungal, parasitic or bacterial keratitis.
El diagnóstico in vivo se puede realizar mediante el análisis de la córnea con microscopía confocal. Es una técnica no invasiva, de alta sensibilidad. En el caso de las queratitis por Acanthamoeba sólo detecta de manera fiable los quistes y no puede ser usada para hacer un diagnóstico definitivo. Además, para su realización se necesita un equipo de altas prestaciones y personal cualificado por lo que no siempre es accesible.In vivo diagnosis can be made by analyzing the cornea with confocal microscopy. It is a non-invasive, highly sensitive technique. In the case of Acanthamoeba keratitis, it only reliably detects cysts and cannot be used to make a definitive diagnosis. In addition, to carry it out, a high-performance team and qualified personnel are needed, which is why it is not always accessible.
Para el diagnóstico in vitro, existen varios métodos. Por un lado, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que tiene alta sensibilidad y es rápida. Sin embargo, especialmente en el caso de usuarios de LC con queratitis por Acanthamoeba el resultado puede ser positivo aun en ausencia de patógeno.For in vitro diagnosis, there are several methods. On the one hand, the polymerase chain reaction (PCR) which has high sensitivity and is fast. However, especially in the case of LC users with Acanthamoeba keratitis the result may be positive even in the absence of pathogen.
Por otro lado, se puede obtener una muestra mediante raspado corneal o biopsia para la realización de cultivos microbiológicos en placa. Esta técnica es considerada tradicionalmente como la prueba de referencia para la detección de estos patógenos, sin embargo, es un proceso que puede llevar hasta 3 semanas.On the other hand, a sample can be obtained by corneal scraping or biopsy for microbiological plate cultures. This technique is traditionally considered the reference test for the detection of these pathogens, however, it is a process that can take up to 3 weeks.
La presencia de estos patógenos también puede verificarse mediante el análisis histopatológico de los raspados de córnea que pueden ser teñidos usando diferentes tinciones. La sensibilidad de este método es menor que los anteriores.The presence of these pathogens can also be verified by histopathological analysis of corneal scrapings that can be stained using different stains. The sensitivity of this method is lower than the previous ones.
Actualmente, la complejidad en el diagnóstico de los diferentes tipos de queratitis hace que sea un proceso lento que dificulta la resolución de la queratitis.Currently, the complexity in the diagnosis of the different types of keratitis makes it a slow process that makes it difficult to resolve keratitis.
En cuanto a los tratamientos actuales, los antibióticos tópicos siguen siendo el tratamiento de primera línea para la queratitis bacteriana. Las infecciones provocadas por P.aeruginosa deben ser tratadas con una terapia combinada de fármacos porque la bacteria crea resistencia con rapidez. En algunos casos también se ha visto mejora con el uso de corticosteroides, aunque sigue habiendo controversia.Regarding current treatments, topical antibiotics remain the first-line treatment for bacterial keratitis. Infections caused by P.aeruginosa must be treated with combination drug therapy because the bacterium creates resistance quickly. In some cases improvement has also been seen with the use of corticosteroids, although controversy remains.
El tratamiento de las queratitis por hongos a menudo tiene peores resultados que las queratitis bacterianas y hay poca evidencia para guiar el tratamiento. Como tratamiento tópico se usan antifúngicos. Algunos de ellos, sin embargo, tienen poca penetración ocular. Nuevas generaciones de antifúngicos parecen tener mejores resultados de acción como el Voriconazole, que puede ser administrado también de manera oral.Treatment of fungal keratitis often has worse outcomes than bacterial keratitis, and there is little evidence to guide treatment. Antifungals are used as topical treatment. Some of them, however, have poor eye penetration. New generations of antifungals seem to have better action results, such as Voriconazole, which can also be administered orally.
Las opciones de tratamiento actuales para la queratitis por Acanthamoeba utilizan una amplia variedad de activos. El tratamiento suele empezar con el uso de biguadinas generalmente combinadas con diamidina. Actualmente es la única terapia que ha mostrado efectividad contra los quistes de Ameba in vitro. Como fármacos se utilizan antibióticos antiamebianos, y en ocasiones se puede recomendar el uso de corticoides tópicos para disminuir inflamaciones severas. En los casos en los que la infección penetra de forma profunda en córnea la única opción efectiva es la queratoplastia.Current treatment options for Acanthamoeba keratitis use a wide variety of actives. Treatment usually begins with the use of biguadines, generally combined with diamidine. It is currently the only therapy that has shown effectiveness against Amoeba cysts in vitro. Antiamoebic antibiotics are used as drugs, and sometimes the use of topical corticosteroids can be recommended to reduce severe inflammation. In cases in which the infection penetrates deeply into the cornea, the only effective option is keratoplasty.
Algunos tratamientos quirúrgicos como la crioterapia corneal, el trasplante de membrana amniótica, parecen ser efectivos en AK, restaurando la integridad de la superficie ocular.Some surgical treatments such as corneal cryotherapy, amniotic membrane transplantation, seem to be effective in AK, restoring the integrity of the ocular surface.
Otros tratamientos como el crosslinking parecen tener un posible efecto en el tratamiento de AK, queratitis microbianas y fúngicas.Other treatments such as crosslinking seem to have a possible effect in the treatment of AK, microbial and fungal keratitis.
La búsqueda por conseguir tratamientos más rápidos y eficaces sigue siendo objeto de numerosos estudios.The search for faster and more effective treatments continues to be the subject of numerous studies.
Por otro lado, el creciente uso de las nanopartículas en el campo de la biomedicina para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades hace que su uso haya sido también probado en el tratamiento contra Acanthamoeba, contra la queratitis fúngica y bacteriana.On the other hand, the growing use of nanoparticles in the field of biomedicine for the diagnosis and treatment of diseases means that their use has also been tested in the treatment against Acanthamoeba, against fungal and bacterial keratitis.
Experimentos in vitro muestran que las nanopartículas de cobalto tienen actividad amebicida contra A. castellanii así como las nanoparticulas de óxido de titanio (TiO2) que tienen efecto inhibitorio frente al crecimiento de Acanthamoeba. La conjugación de nanopartículas de oro con ciertos fármacos o compuestos como gluconato de clorhexidina o ácido cinámico han mostrado su efectividad contra A. castellana. Sin embargo, su uso no ha sido estudiado para la detección de Acanthamoeba ni para el resto de patógenos oculares.In vitro experiments show that cobalt nanoparticles have amebicidal activity against A. castellanii as well as titanium oxide (TiO2) nanoparticles that have an inhibitory effect against the growth of Acanthamoeba. The conjugation of gold nanoparticles with certain drugs or compounds such as chlorhexidine gluconate or cinnamic acid have shown their effectiveness against A. castellana. However, its use has not been studied for the detection of Acanthamoeba or for the rest of ocular pathogens.
Las nanopartículas de metales nobles como las nanopartículas de oro (AuNPs), presentan unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas. Una de las propiedades que las hacen especialmente interesantes es la resonancia de plasmón superficial (LSPR). Este plasmón superficial se produce por la oscilación colectiva de los electrones libres de la banda de conducción del oro al ser excitados con un haz de luz incidente de determinada frecuencia. Cuando la frecuencia de la radiación incidente coincide con la frecuencia resonante de la oscilación de los electrones, se produce un fenómeno de absorción. Las nanopartículas de oro son esferas cuya banda de absorción se encuentra dentro del espectro visible. Su diámetro está comprendido generalmente entre 2-50nm, a medida que aumenta su tamaño, la banda de absorción se desplaza a longitud de onda mayores, variando el color de la suspensión coloidal.Noble metal nanoparticles such as gold nanoparticles (AuNPs) have excellent physical, chemical and biological properties. One of the properties that make them especially interesting is the surface plasmon resonance (LSPR). This surface plasmon is produced by the collective oscillation of the free electrons in the gold conduction band when excited by an incident light beam of a certain frequency. When the frequency of the incident radiation coincides with the resonant frequency of the oscillation of the electrons, an absorption phenomenon occurs. Gold nanoparticles are spheres whose absorption band is within the visible spectrum. Its diameter is generally between 2-50nm, as its size increases, the absorption band moves to longer wavelengths, varying the color of the colloidal suspension.
Por tanto, el fenómeno de la banda de plasmón superficial está influenciado por el tamaño y la forma de las nanopartículas, así como por otros factores como el disolvente, la concentración, distribución espacial y la distancia entre partículas entre otros. Esta interesante propiedad es la razón de que puedan ser usadas como sensores colorimétricos.Therefore, the phenomenon of the surface plasmon band is influenced by the size and shape of the nanoparticles, as well as by other factors such as the solvent, concentration, spatial distribution, and the distance between particles, among others. This interesting property is the reason why they can be used as colorimetric sensors.
Dado que el diagnóstico de la queratitis por Acanthamoeba y otros parásitos oculares es un proceso complejo y a menudo lento y que no existe un tratamiento estándar definido, la creación de un método de detección precoz es algo esencial para minimizar la severidad de la patología.Since the diagnosis of Acanthamoeba keratitis and other ocular parasites is a complex and often slow process and there is no defined standard treatment, the creation of an early detection method is essential to minimize the severity of the pathology.
Por ello, en la presente invención se describe un sistema para la detección de estos patógenos oculares, con especial atención en aquellos asociados al uso de lentes de contacto, concretamente en la detección de la presencia de Acanthamoeba y Pseudomona aeruginosa. For this reason, the present invention describes a system for the detection of these ocular pathogens, paying special attention to those associated with the use of contact lenses, specifically in the detection of the presence of Acanthamoeba and Pseudomonas aeruginosa.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
La presente invención consiste en un sistema de detección de la presencia de Acanthamoeba creado con nanopartículas de oro. El sistema permite confirmar la presencia de dicho patógeno con un cambio de color visible de la muestra.The present invention consists of a detection system for the presence of Acanthamoeba created with gold nanoparticles. The system allows you to confirm the presence of said pathogen with a visible color change of the sample.
El sistema para establecer la detección es a través del reconocimiento de ARN de la ameba. La detección consiste en el uso de una molécula de ARN mensajero para detectar secuencias de ARN del parásito. Para hacer los experimentos in vitro, la secuencia de ARN de la ameba se pidió la complementaria en ADN, ya que el ARN se degrada fácilmente. El método usado consiste en poner en contacto el ARN de la Acanthamoeba con nanopartículas que tienen oligonucleótidos unidos a las mismas. Los oligonucleótidos unidos a las nanopartículas de oro tienen cada uno, una secuencia complementaria a la secuencia de una de las partes del ARN de Acanthamoeba que se quiere detectar. La unión de la secuencia del ADN de Acanthamoeba con los oligonucleótidos complementarios unidos a las nanopartículas de oro se conoce como hibridación, que provoca una agregación de las nanopartículas de oro.The system to establish the detection is through the RNA recognition of the amoeba. Detection consists of the use of a messenger RNA molecule to detect RNA sequences of the parasite. To carry out the in vitro experiments, the RNA sequence of the amoeba was requested to be complementary to DNA, since RNA is easily degraded. The method used consists in contacting the Acanthamoeba RNA with nanoparticles that have oligonucleotides attached to them. The oligonucleotides attached to the gold nanoparticles each have a sequence complementary to the sequence of one of the Acanthamoeba RNA parts to be detected. The union of the Acanthamoeba DNA sequence with the complementary oligonucleotides attached to the gold nanoparticles is known as hybridization, which causes an aggregation of the gold nanoparticles.
El desarrollo del sistema de detección está basado en la resonancia de plasmón superficial localizada o LSPR de las nanopartículas de oro mencionado con anterioridad. Según el tamaño de las nanopartículas, el color de la suspensión coloidal de nanopartículas varía. En este caso, el color de dicha suspensión es rojo, pero cuando tiene lugar la hibridación de los oligonucleótidos en las nanopartículas con el ácido nucleico, se produce un cambio de color de la suspensión debido a la agregación de las nanopartículas de oro. La banda de absorción se desplaza hacia la derecha y se produce un cambio de color visible que indica la presencia o no de Acanthamoeba en nuestra muestra.The development of the detection system is based on the localized surface plasmon resonance or LSPR of the previously mentioned gold nanoparticles. Depending on the size of the nanoparticles, the color of the nanoparticle colloidal suspension varies. In this case, the color of said suspension is red, but when the hybridization of the oligonucleotides in the nanoparticles with the nucleic acid takes place, a color change of the suspension occurs due to the aggregation of the gold nanoparticles. The absorption band shifts to the right and a visible color change is produced indicating the presence or absence of Acanthamoeba in our sample.
El uso de este sistema en un estuche porta lentes para la detección de Acanthamoeba spp. y otros patógenos infecciosos es sencillo. Las nanopartículas se pueden fijar en la base del estuche de lentes de contacto. De esta manera, en el caso de que las lentes de contacto estén contaminadas con la ameba, ésta permanecerá en el líquido de mantenimiento de las lentes de contacto que se encuentra en el estuche de almacenamiento, produciéndose así un cambio de color a morado-azulado en la base del estuche del porta-lentes indicador de su presencia.The use of this system in a lens case for the detection of Acanthamoeba spp. and other infectious pathogens is straightforward. Nanoparticles can be attached to the base of the contact lens case. In this way, in the event that the contact lenses are contaminated with the amoeba, it will remain in the contact lens maintenance fluid found in the storage case, thus producing a color change to purple-bluish. at the base of the case of the lens holder indicating its presence.
Este método para detectar Acanthamoeba y otras bacterias basado en observar un cambio de color a simple vista es barato, rápido, sin requerimiento de un equipo especializado. Esto lo hace adecuado para su uso en laboratorios de investigación, en clínicas oftalmológicas, hospitales, ópticas, etc. This method to detect Acanthamoeba and other bacteria based on observing a color change with the naked eye is cheap, fast, and does not require specialized equipment. This makes it suitable for use in research laboratories, ophthalmology clinics, hospitals, opticians, etc.
La invención es aplicable a la detección de Pseudomonas y Staphylococcus, así como todas las especies pertenecientes al género de Acanthamoeba incluyendo Acanthamoeba astronyxis, A. castellanii, A comandoni, A culbertsoni, A. divionensis, A. griffini, A. hatchetti, A. healyi, A. jacobsi, A. lenticulata, A. lugdunensis, A. mauritaniensis, A. palestinensís, A. pearci, A. polyphaga, A. pustulosa, A. quina, A. rhysodes, A.royreba, A. terrcola, A. triangularis y A. tubiashi.The invention is applicable to the detection of Pseudomonas and Staphylococcus, as well as all species belonging to the Acanthamoeba genus including Acanthamoeba astronyxis, A. castellanii, A commandoni, A culbertsoni, A. divionensis, A. griffini, A. hatchetti, A. healyi, A. jacobsi, A. lenticulata, A. lugdunensis, A. mauritaniensis, A. palestinensis, A. pearci, A. polyphaga, A. pustulosa, A. quina, A. rhysodes, A.royreba, A. terrcola, A. triangularis and A. tubiashi.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is going to be made below and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of its practical embodiment, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented:
En la Figura 1 se muestra un diagrama esquemático del modelo de unión las sondas 1 y 2 (ADN) a las nanopartículas y el target. La distancia de las secuencias seleccionadas es de 18nm, por lo que el tamaño de la Np debe ser mayor de este para promover la agregación.Figure 1 shows a schematic diagram of the model for binding probes 1 and 2 (DNA) to the nanoparticles and the target. The distance of the selected sequences is 18nm, so the size of the Np must be greater than this to promote aggregation.
En la Figura 2 se muestra el cambio de color que se aprecia al producirse la hibridación, con el target (ADN Acanthamoeba) sintético y como consecuencia, la agregación de las nanopartículas de oro. El resultado es tras 10min de añadir el target a la solución.Figure 2 shows the color change that can be seen when hybridization occurs, with the synthetic target ( Acanthamoeba DNA) and as a consequence, the aggregation of gold nanoparticles. The result is after 10min of adding the target to the solution.
En la Figura 3 se muestra el cambio de color de la solución coloidal de nanopartículas de oro al detectar la presencia de Acanthamoeba. La muestra utilizada es una solución con Acanthamoeba extraída directamente de cultivos realizados. Se produce la hibridación, y como consecuencia, la agregación de las AuNPs obteniendo un cambio de color visible.Figure 3 shows the color change of the colloidal solution of gold nanoparticles when detecting the presence of Acanthamoeba. The sample used is a solution with Acanthamoeba extracted directly from cultures carried out. Hybridization occurs, and as a consequence, the aggregation of the AuNPs obtaining a visible color change.
Figura 4. Espectro de absorción de las nanopartículas de oro tras la adicción de Acanthamoeba (representada en línea discontinua) que muestra el cambio en el pico de absorción producido por su agregación.Figure 4. Absorption spectrum of gold nanoparticles after the addition of Acanthamoeba (represented as a dashed line) showing the change in the absorption peak produced by their aggregation.
Figura 5. Ilustración de cómo funciona el estuche porta-lentes como dispositivo de detección. A la izquierda tenemos el estuche con la superficie del fondo con nanopartículas funcionalizadas. Si las lentes de contacto no están contaminadas el color que se ve es rojo. A la derecha tenemos el estuche cuando las lentes de contacto están contaminadas con el patógeno, produciéndose un cambio de color en el fondo del estuche a morado confirmando su presencia.Figure 5. Illustration of how the lens case works as a storage device. detection. On the left we have the case with the bottom surface with functionalized nanoparticles. If the contact lenses are not contaminated the color seen is red. On the right we have the case when the contact lenses are contaminated with the pathogen, producing a color change at the bottom of the case to purple, confirming its presence.
MODO DE REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED MODE OF EMBODIMENT OF THE INVENTION
Las nanopartículas empleadas en la invención son nanoesferas de oro. El tamaño de las nanopartículas es 15nm y 70 nm siendo preferible tamaño entre 15 y 35nm.The nanoparticles used in the invention are gold nanospheres. The size of the nanoparticles is 15nm and 70nm, with a size between 15 and 35nm being preferable.
El método usado para sintetizar las nanopartículas de oro está basado en la reducción del citrato, de acuerdo con procesos conocidos.The method used to synthesize gold nanoparticles is based on citrate reduction, according to known processes.
Se obtiene una solución coloidal de nanopartículas de oro monodispersas estables con un tamaño que puede ser entre 1nm y 150nm, en este caso se eligió 25nm. Las nanopartículas de oro adecuadas también pueden conseguirse en casas comerciales.A colloidal solution of stable monodisperse gold nanoparticles with a size that can be between 1nm and 150nm is obtained, in this case 25nm was chosen. Suitable gold nanoparticles are also commercially available.
Caracterización de las nanopartículas:Characterization of the nanoparticles:
La resonancia de plasmón superficial localizada o LSPR de las nanopartículas de oro da como resultado una fuerte banda de absorbancia en la región visible (500 nm-600 nm), que se puede medir mediante espectroscopía UV-Vis.Localized surface plasmon resonance or LSPR of the gold nanoparticles results in a strong absorbance band in the visible region (500 nm-600 nm), which can be measured by UV-Vis spectroscopy.
La concentración final de nanopartículas de oro (1) se calculó usando la Ley de Beer-Lambert.The final concentration of gold (1) nanoparticles was calculated using the Beer-Lambert Law.
Con el fin de obtener nanopartículas más concentradas, la solución se centrifuga. Para la selección del tamaño de nanopartículas a utilizar, se consideró la longitud de la secuencia de reconocimiento (ARN de Acanthamoeba= target) que utilizamos. El tamaño de las nanopartículas de oro (1) debe ser mayor que la longitud del target (2) (en este caso, 18 nm) para obtener el efecto de acoplamiento del plasmón, todo ello tal y como se muestra en la figura 1.In order to obtain more concentrated nanoparticles, the solution is centrifuged. For the selection of the nanoparticle size to be used, the length of the recognition sequence (Acanthamoeba RNA = target) that we used was considered. The size of the gold nanoparticles (1) must be greater than the length of the target (2) (in this case, 18 nm) to obtain the plasmon coupling effect, all as shown in figure 1.
En cuanto a la funcionalización de las nanopartículas, las nanopartículas se funcionalizaron con oligonucleótidos modificados con grupos tiol es sus extremos 3’ y 5’ para permitir la unión. La mitad de las partículas se funcionalizan con ADN monocatenario terminado en tiol con una secuencia de bases complementaria a un extremo del target; la otra mitad está funcionalizada de manera similar, pero con una secuencia de bases complementaria al otro extremo del target. El tiol se une al oro.Regarding the functionalization of the nanoparticles, the nanoparticles were functionalized with oligonucleotides modified with thiol groups at their 3' and 5' ends to allow ligation. Half of the beads are functionalized with thiol-terminated single-stranded DNA with a complementary base sequence to one end of the target; the other half is similarly functionalized, but with a complementary base sequence at the other end of the target. The thiol binds to gold.
La secuencia de bases de ADN es diferente. Se consideró una ratio teórico oligonucleótidos / partícula de acuerdo con publicaciones relativas existentes.The DNA base sequence is different. A theoretical oligonucleotide/particle ratio was considered in accordance with existing relative publications.
En la siguiente tabla se detalla los valores para dos tamaños seleccionados.The following table details the values for two selected sizes.
Funcionalización con una primera sonda.Functionalization with a first probe.
El objetivo de este método es disminuir la repulsión de cargas con la agregación de sal, la cual se añade lentamente para mantener la estabilidad de las nanopartículas de oro.The objective of this method is to decrease the repulsion of charges with the addition of salt, which is added slowly to maintain the stability of the gold nanoparticles.
Para ello, se preparó una solución que contenía nanopartículas de oro (10.85 nM), SDS (0.1%) y PB (0.01 M), se añadió la primera sonda hasta alcanzar concentración final de 44 ^M, con un RATIO 4055 oligonucleótidos / nanopartículas. La mezcla de oligonucleótidos y nanopartículas de oro se incubó a temperatura ambiente durante 20 min. Para mejorar la unión del oligonucleótido a la superficie la nanopartícula, se añadió sal a la solución de nanopartículas con oligonucleótidos. La solución de NaCl (2 M), SDS (0,01%) y PB (0,01 M) se añadió progresivamente en pasos de: 1, 1, 2, 2 y 4 ^L alcanzando una concentración final de NaCl de 0,2 M. Después de cada adición, la mezcla se sonicó durante 10 segundos seguido de un período de incubación de 20 minutos a temperatura ambiente y 350 rpm. La solución final fue incubada durante 12 horas para dejar tiempo a la unión.For this, a solution containing gold nanoparticles (10.85 nM), SDS (0.1%) and PB (0.01 M) was prepared, the first probe was added until reaching a final concentration of 44 ^M, with a RATIO of 4055 oligonucleotides / nanoparticles. . The mixture of oligonucleotides and gold nanoparticles was incubated at room temperature for 20 min. To improve the binding of the oligonucleotide to the nanoparticle surface, salt was added to the nanoparticle solution with oligonucleotides. The NaCl solution (2 M), SDS (0.01%) and PB (0.01 M) were added progressively in steps of: 1, 1, 2, 2 and 4 ^L reaching a final NaCl concentration of 0. 0.2 M. After each addition, the mixture was sonicated for 10 seconds followed by a 20 minute incubation period at room temperature and 350 rpm. The final solution was incubated for 12 hours to allow time for binding.
Para eliminar el exceso de oligonucleótidos, la solución se centrifuga y se redispersa en SDS 0.01%. To remove excess oligonucleotides, the solution is centrifuged and redispersed in 0.01% SDS.
Como control se prepara la misma solución sin ADN.As a control, the same solution is prepared without DNA.
Funcionalización con una segunda sonda.Functionalization with a second probe.
La base de este método es la protonación de las bases de ADN para disminuir su repulsión con las nanopartículas de oro para ello se realizó un protocolo de regulación del pH.The basis of this method is the protonation of the DNA bases to reduce their repulsion with the gold nanoparticles, for which a pH regulation protocol was carried out.
Se preparó una solución buffer de citrato (9.2mM) (PH: 3) y DNA 2 (6.6uM) La solución fue sonicada durante 3min antes de añadir las nanopartículas de oro alcanzando una concentración final de 4.6nM y un Ratio =1442. La solución final se incubó durante 2horas en el thermomixer: 22 °C y 350rpm.A citrate buffer solution (9.2mM) (PH: 3) and DNA 2 (6.6uM) was prepared. The solution was sonicated for 3min before adding the gold nanoparticles reaching a final concentration of 4.6nM and a Ratio =1442. The final solution was incubated for 2 hours in the thermomixer: 22 °C and 350rpm.
Para eliminar el exceso de ADN la muestra se centrifuga y se redispersa en 10mM PB.To remove excess DNA, the sample is centrifuged and redispersed in 10mM PB.
Como control se prepara la misma solución sin DNA.As a control, the same solution without DNA is prepared.
Hibridación.Hybridization.
La hibridación se produce cuando el material genético de la Acanthamoeba se une a las secuencias sonda complementarias que están ya unidas cada una a una nanopartícula de oro. La secuencia de Acanthamoeba a detectar, fue seleccionada según la literatura existente y se obtuvo de la casa comercial Stab-Vida. De aquí en adelante denominada “target”.Hybridization occurs when Acanthamoeba genetic material binds to complementary probe sequences that are each already attached to a gold nanoparticle. The Acanthamoeba sequence to be detected was selected according to the existing literature and was obtained from the commercial company Stab-Vida. Hereinafter referred to as "target".
El target se une por un extremo al a la primera sonda junto con la nanopartícula funcionalizada y por el otro extremo se une a la segunda sonda produciendo la agregación de las nanopartículas de oro debido a esta unión. Se produce entonces un cambio significativo en las propiedades dieléctricas del medio que rodea las nanopartículas y se detecta un cambio de color visible de rojo a morado.The target is attached at one end to the first probe together with the functionalized nanoparticle and at the other end it is attached to the second probe, producing the aggregation of the gold nanoparticles due to this binding. A significant change is then produced in the dielectric properties of the medium surrounding the nanoparticles and a visible color change from red to purple is detected.
Las nanopartículas funcionalizadas con ADN 1 y ADN 2 se mezclan en presencia de sal para promover la agregación con el target. La velocidad de hibridación puede aumentarse aumentando la concentración de NaCl.Nanoparticles functionalized with DNA 1 and DNA 2 are mixed in the presence of salt to promote aggregation with the target. The hybridization rate can be increased by increasing the NaCl concentration.
Se prepara una mezcla con las nanopartículas funcionalizadas con los dos tipos de oligonucleótidos alcanzando una concentración final de 1nM. La concentración de nanopartículas también es un factor ajustable, según su tamaño, e influye en la facilidad para detectar cambio de color visible.A mixture is prepared with the nanoparticles functionalized with the two types of oligonucleotides reaching a final concentration of 1nM. The concentration of nanoparticles is also an adjustable factor, depending on their size, and influences the ease of detecting visible color change.
Para ayudar a la unión con el target se añade sal (NaCl 2M+10mMPB) hasta alcanzar una concentración final de 0.25M. La concentración de sal se selecciona en base a la concentración de nanopartículas de oro. Finalmente se añade el target, alcanzando una concentración final mínima determinada para observar el cambio de color de la solución.To help binding with the target, salt (2M NaCl+10mMPB) is added until reaching a final concentration of 0.25M. The salt concentration is selected based on the concentration of gold nanoparticles. Finally, the target is added, reaching a determined minimum final concentration to observe the color change of the solution.
Este mismo proceso se prueba con muestras reales de Acanthamoeba. Para ello se realizaron cultivos mono-axénicos de la ameba. Una vez extraída se agregó a la solución de Nanoparticulas funcionalizadas. En lugar del target sintético se añadió la muestra con amebas reales produciéndose un cambio de color visible. En función de la concentración de amebas el cambio puede ser detectado a los 5minutos.This same process is tested with real samples of Acanthamoeba. For this, monoaxenic cultures of the amoeba were carried out. Once extracted, functionalized nanoparticles were added to the solution. Instead of the synthetic target, the sample with real amoebas was added, producing a visible color change. Depending on the amoeba concentration, the change can be detected after 5 minutes.
La misma técnica usada sirve con otras secuencias de ARN Pseudomonas y Staphylococcus.The same technique used works with other Pseudomonas and Staphylococcus RNA sequences.
El sistema así descrito puede integrarse en un estuche porta-lentes (3), con solución de mantenimiento, como el mostrado en la figura 5, en el que se define una zona (4) a través de la que puede visualizarse la reacción anteriormente descrita ante unas lentes de contacto que hayan estado en contacto con el patógeno, o bien puede integrarse en tiras desechables con la solución descrita, que se aplican directamente sobre la superficie ocular. The system thus described can be integrated into a lens-holder case (3), with maintenance solution, like the one shown in figure 5, in which an area (4) is defined through which the previously described reaction can be visualized. before contact lenses that have been in contact with the pathogen, or it can be integrated into disposable strips with the solution described, which are applied directly to the ocular surface.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202130709A ES2932995A1 (en) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Eye parasite detection system |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES202130709A ES2932995A1 (en) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Eye parasite detection system |
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| ES2932995A1 true ES2932995A1 (en) | 2023-01-30 |
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ID=85035337
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES202130709A Withdrawn ES2932995A1 (en) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Eye parasite detection system |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2932995A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004042084A1 (en) * | 2002-11-07 | 2004-05-21 | Automated Analysers And Diagnostic Reagents Medicon Hellas S.A. | Dry reagent strip and nucleic acid detection |
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| WO2010126771A1 (en) * | 2009-04-27 | 2010-11-04 | University Of Miami | Systems, kits and methods of identifying ocular fungal and amoebic pathogens |
-
2021
- 2021-07-22 ES ES202130709A patent/ES2932995A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELGHANIAN R ET AL. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science 19970822 us. , 22/08/1997, Vol. 277, Páginas 1078 - 1081 ISSN 0036-8075 (print), (DOI: doi:10.1126/science.277.5329.1078) figuras 3B, 4 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2932995 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230130 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20230130 |
