Biosensores basados en receptores olfativos para descifrar el olfato humano

El sistema olfativo humano distingue a miles de odorantes gracias a la interacción específica con los receptores olfativos de las neuronas sensoriales. Cada receptor puede detectar varios odorantes con intensidades variables, y un mismo odorante puede activar más de un receptor. Esta combinación compleja de señales genera nuestra percepción de los olores.

La relevancia biológica del olfato, que nos permite buscar alimentos, interactuar socialmente y detectar peligros, ha impulsado el desarrollo de sensores olfativos con diversas aplicaciones industriales. Aunque los sensores basados en receptores olfativos tienen una sensibilidad muy elevada, llegando a detectar concentraciones tan bajas como el nivel femtomolar —una parte entre mil billones —, todavía presentan una limitación: no pueden distinguir con precisión entre los diferentes odorantes que los activan.

En este contexto, un estudio reciente liderado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), en colaboración con el Centre des Sciences Du Goût et de l'Alimentation y el Institut de Chimie de Nice, ha desarrollado un método innovador para distinguir entre odorantes que activan un mismo receptor. Este método se basa en la detección de pequeños cambios eléctricos en el receptor, conocidos como respuesta capacitiva. Estos cambios son proporcionales a la potencia con que el odorante se une al receptor, emulando así la respuesta fisiológica a un olor.

"Hemos visto que, cuando el receptor entra en contacto con uno de los compuestos, se produce un cambio en la respuesta eléctrica proporcional a la fuerza con que el compuesto se une al receptor. Esta información ayuda a entender mejor cómo funciona el reconocimiento de olores a nivel molecular y cómo se puede aplicar este conocimiento para diseñar sensores más efectivos", explica Anna Lagunas, primera autora del estudio e investigadora senior del grupo de Nanobioingeniería del  IBEC, liderado por Josep Samitier.

Esta innovación marca un paso adelante en el diseño de sensores más precisos, que podrían tener aplicaciones en el cribado de odorantes u otros campos tecnológicos e industriales.

Detección selectiva de odorantes

Para los experimentos, se inmovilizó un receptor olfativo humano (hOR1A1) sobre una superficie de oro con un anticuerpo, asegurando su orientación y mejorando la sensibilidad de las medidas. Los tres odorantes utilizados (dihidrojasmona y dos formas de la carvona), son agonistas del receptor, es decir, todos son capaces de activarlo dando lugar a olores diferentes, lo que permite simular activaciones fisiológicas reales.

El estudio, que también ha contado con la participación del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores del IBEC, liderado por Pau Gorostiza, explica que el aumento en la capacidad del sensor para identificar sustancias se debe, entre otros factores, a la respuesta eléctrica específica del receptor, relacionada con una propiedad intrínseca llamada momento dipolar, que varía en presencia del odorante. El momento dipolar es una medida de cómo las cargas eléctricas dentro de una molécula están distribuidas. En este caso, los cambios en el momento dipolar del receptor cuando se vincula con una molécula de odorante son clave para detectarla.