Micro fluidos, electrónica y tecnología de impresión láser son la base de un biochip recientemente desarrollado que puede analizar células para investigación y aplicaciones clínicas.
El laboratorio de diagnóstico en un chip
Rahim Esfandyarpour ayudó a desarrollar una forma de crear un “laboratorio de diagnóstico en un chip” por solamente un céntimo.
Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford han desarrollado una forma de producir un “laboratorio de diagnóstico en un chip” barato y reutilizable con la ayuda de una impresora láser ordinaria.
Con un costo de producción de tan solo 1 céntimo por chip, la nueva tecnología podría marcar el inicio de una nueva revolución del diagnóstico médico como la que trajo consigo la secuenciación de genoma a bajo coste, comentó Ron Davis, PhD, profesor de bioquímica y de genética, y director del Centro de Tecnología Genómica de Stanford.
El 6 de Febrero será presentado en línea un estudio que describe esta tecnología, en la publicación Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias. Davis es el autor destacado. El autor principal es Rahim Esfandyarpour, PhD, un investigador adjunto de ingeniería del Centro Genómico.
Los efectos beneficiosos del chip en diagnóstico
La tecnología de bajo coste laboratorio en un chip tiene el potencial de fortalecer las capacidades de diagnóstico alrededor del mundo, sobre todo en países en vías de desarrollo. Debido a la dificultad de acceder a un diagnóstico temprano, el índice de supervivencia de pacientes con cáncer de mama es tan sólo del 40% en naciones de bajos ingresos –– la mitad de la tasa de pacientes de países desarrollados. Otras enfermedades letales, como la malaria, la tuberculosis o el VIH, tienen también una alta incidencia y pobres resultados en los pacientes de países emergentes. Un mayor acceso a diagnósticos económicos podría revertir esto, especialmente debido al hecho de que estos equipos tienen un costo de miles de dólares.
“Posibilitar una detección temprana de enfermedades es una de las grandes oportunidades que tenemos al desarrollar tratamientos efectivos,” comentó Esfandyarpour. “Tal vez $1 en los Estados Unidos no cuente mucho, sin embargo en algunos países en desarrollo es mucho dinero.”
Un sistema bipartito
El laboratorio en un chip, una combinación de micro fluidos, electrónica y tecnología de impresión láser, es un sistema bipartito. La primera parte es una cámara de silicón microfluídico para almacenar células y una banda electrónica reutilizable. La segunda parte es una impresora láser común que puede ser utilizada para imprimir la banda electrónica sobre una hoja flexible de poliéster por medio de una nano-tinta conductora, disponible comercialmente.
“Lo diseñamos para eliminar la necesidad de tener instalaciones con espacios limpios y personal capacitado para producir tal dispositivo,” añadió Esfandyarpour, quien tiene estudios en Ingeniería Eléctrica. Un chip puede ser producido en aproximadamente 20 minutos, comentó.
Diseñado como una plataforma multifuncional, una de sus aplicaciones es que permite a los usuarios analizar diferentes tipos celulares sin emplear etiquetas fluorescentes o magnéticas que por lo general se requieren para localizar células. En lugar de esto, el chip separa las células con base en sus propiedades eléctricas intrínsecas: cuando se aplica un potencial eléctrico a través de la banda de impresión láser, las células depositadas en la cámara microfluídica son atraídas en diferentes direcciones dependiendo de su “polarizabilidad”, en un proceso llamado dielectroforesis. Este método libre de etiquetas para el análisis celular mejora significativamente la precisión y reduce los lentos procesos de etiquetado.
La herramienta está diseñada para manejar muestras de bajo volumen para una variedad de ensayos. Los investigadores mostraron que el dispositivo puede ayudar a capturar células individuales de una mezcla, aislar células inusuales y contar células con base en su clase. El costo de estos chips multifuncionales se encuentra en niveles de una magnitud mucho menor que aquellos de tecnologías que realizan cada una de esas funciones individualmente. Tan solo una máquina de citometría de flujo, por ejemplo, la cual es empleada para clasificar y contar células, cuesta $100,000, eso sin tomar en cuenta ningún coste de operación.
Potencial para democratizar diagnósticos
“La motivación era en realidad cómo exportar tecnología y cómo disminuir el costo de las cosas,” comentó Davis.
El bajo costo de los chips podría democratizar diagnósticos de manera similar a la forma en la que la secuenciación de bajo coste creó una revolución de la salud y de la medicina personalizada, dijo Davis. La tecnología de secuenciación de bajo coste permitió a los médicos clínicos secuenciar ADN de tumores para identificar mutaciones específicas y recomendar planes de tratamiento personalizados. De la misma forma, el laboratorio en un chip tiene el potencial de diagnosticar cáncer tempranamente al detectar células de tumores que circulan en el torrente sanguíneo. “El proyecto del genoma ha cambiado enormemente la forma en que se practica la medicina y nosotros queremos continuarlo con toda clase de tecnologías que sean económicas y accesibles,” añadió Davis.
Esta tecnología tiene el potencial no solo de lograr un avance en el cuidado de la salud, sino también de acelerar la investigación básica y avanzada. Posibilitaría a científicos y médicos clínicos para analizar potencialmente más células en un tiempo más corto, manipular células madre para lograr transferencias eficientes de genes y desarrollar formas económicamente viables de diagnosticar enfermedades, dijo Esfandyarpour. El equipo espera que el chip cree una transformación en la manera en que la gente utiliza instrumentos en el laboratorio. “Estoy totalmente seguro de que abrirá una ventana para los investigadores ya que les hará la vida mucho más sencilla — sólo hay que imprimirlo y usarlo,” comentó.
Este trabajo es un ejemplo del enfoque de la Escuela de Medicina de Stanford respecto a la medicina de alta precisión, que tiene como objetivo anticipar y prevenir enfermedades en las personas sanas, y diagnosticar y tratar de forma precisa a los enfermos.
Fuente: sciencedaily.com
Fecha: 7 de febrero de 2017
Fuente de la Historia:
Materiales proporcionados por el Centro Médico de la Universidad de Standford. Originalmente escrito por Devika G. Bansal. Nota: el contenido podría haber sido editado en estilo y extensión.
Referencia de la Publicación:
Rahim Esfandyarpour, Matthew J. DiDonato, Yuxin Yang, Naside Gozde Durmus, James S. Harris, Ronald W. Davis. Multifunctional, inexpensive, and reusable nanoparticle-printed biochip for cell manipulation and diagnosis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201621318 DOI: 10.1073/pnas.1621318114
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170207092724.htm
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
