Inmovilización de las estructuras moleculares E6 y E7 en un sustrato conductor de carbono recubierto por una capa de oro para la detección del VPH tipo 16 en el laboratorio de Biotechcell.sac en el 2024

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo principal inmovilizar las estructuras moleculares E6 y E7 en un sustrato conductor de carbono recubierto con una capa de oro para la detección del virus del papiloma humano (VPH) tipo 16, implementando un enfoque basado en biosensores electroquímicos en el laboratorio BIOTECHCELL SAC. El desarrollo metodológico incluyó la preparación y limpieza de electrodos serigrafiados de oro, seguido de mediciones de voltametría cíclica y espectroscopia de impedancia electroquímica, empleando Palmsens4 con el software PS Trace 10 para registrar los datos entre frecuencias de 0.015 y 10000 Hz. Inicialmente, se confirmó la estabilidad del sistema y se caracterizó la respuesta base de los electrodos, para luego evaluar los cambios en la impedancia eléctrica utilizando muestras de ADN objetivo y no objetivo, ambas a una concentración de 500 pM en PBS 1X. Los resultados mostraron un aumento significativo en la resistencia de transferencia de carga (Rct), pasando de 0.475 Ω a 2612 Ω entre las muestras no objetivo y las objetivo. Además, se observó un incremento en la impedancia total (Iw) en las muestras de patrón de medición (PM), con un aumento promedio de 6079.3054 Ω en comparación con las muestras no objetivo. Estos resultados evidencian la capacidad del biosensor para discriminar de manera efectiva entre ADN objetivo y no objetivo. El análisis detallado reflejó una inmovilización eficiente en la mayoría de los electrodos del grupo PM (electrodos 2, 5, 10, 12 y 14), mientras que otros (como el electrodo 7) presentaron fallas atribuibles a factores probabilísticos y termodinámicos del proceso de inmovilización, así como errores humanos durante la manipulación de pequeñas cantidades de la solución ferri/ferro (concentración de 1.5625%) en el centro del electrodo. En contraste, los electrodos MM y los controles con agua presentaron variaciones mínimas en la impedancia, confirmando la ausencia de interacciones no específicas y la estabilidad del sistema. Los resultados obtenidos confirman la hipótesis planteada: la detección del VPH tipo 16 es posible mediante la inmovilización de las proteínas E6 y E7 en un sustrato conductor de carbono recubierto con una capa de oro, gracias a la alta sensibilidad y especificidad del sistema. Estos hallazgos destacan la importancia de optimizar parámetros como la concentración de las sondas

de captura para garantizar la reproducibilidad y sensibilidad del biosensor, permitiendo discriminar de manera precisa entre ADN objetivo y no objetivo. El biosensor desarrollado representa un avance significativo en el diagnóstico temprano de infecciones por VPH tipo 16, con potencial para ser extendido a otros subtipos de alto riesgo (como VPH 18, 31 y 45) y contextos clínicos diversos. Además, su diseño modular posibilita futuras optimizaciones para aplicaciones clínicas reales, diagnósticos masivos y entornos de bajo recurso. Las recomendaciones incluyen la ampliación del estudio a subtipos adicionales de VPH, estudios de estabilidad a largo plazo, la evaluación en muestras clínicas reales y la implementación de sistemas automatizados que minimicen errores humanos. En conclusión, este trabajo contribuye al desarrollo de biosensores electroquímicos de nueva generación, demostrando la utilidad de integrar metodologías avanzadas y diseños bioinformáticos para la detección específica y confiable de moléculas objetivo, proponiendo un enfoque innovador en la tecnología de detección de infecciones virales.

This study aimed to immobilize the E6 and E7 molecular structures on a carbon conductive substrate coated with a gold layer for detecting human papillomavirus (HPV) type 16, employing an electrochemical biosensor approach developed at the BIOTECHCELL SAC laboratory. The methodology involved the preparation and cleaning of screen-printed gold electrodes, followed by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy measurements using Palmsens4 and PS Trace 10 software for data acquisition between 0.015 and 10,000 Hz frequencies. In this study, the system's stability was initially confirmed, and the baseline response of the electrodes was characterized. Subsequently, changes in electrical impedance were evaluated using target and non-target DNA samples, both at a concentration of 500 pM in 1X PBS. The results showed a significant increase in the charge transfer resistance (Rct), rising from 0.475 Ω to 2612 Ω between non-target and target samples. Additionally, an increase in total impedance (Iw) was observed in the pattern measurement (PM) samples, with an average increase of 6079.3054 Ω compared to the non-target samples. These findings demonstrate the biosensor's ability to effectively discriminate between target and non-target DNA, validating its potential for specific molecular detection. Efficient immobilization was observed in most PM electrodes ( electrodes 2, 5, 10, 12, and 14), while anomalies in some, such as electrode 7, were attributed to probabilistic and thermodynamic factors in the immobilization process and human error during the handling of the ferri/ferro solution (1.5625%). In contrast, MM electrodes and water controls showed minimal impedance variations, confirming system stability and the absence of non-specific interactions. The findings support the hypothesis that the immobilization of E6 and E7 on a gold-coated carbon substrate enables the detection of HPV type 16 with high sensitivity and specificity. The biosensor demonstrates significant potential for early diagnosis of HPV type 16, adaptability to other high-risk subtypes (e.g., HPV 18, 31, and 45), and applicability in diverse clinical contexts.

Future recommendations include extending the study to additional HPV subtypes, performing long-term stability assessments, evaluating its performance in clinical samples, and automating processes to minimize human error. This work advances next-generation electrochemical biosensors by integrating advanced methodologies and bioinformatic designs for the reliable and specific detection of viral infections.