Las extracciones de sangre no son divertidas.
Duelen. Las venas pueden estallar o incluso rodar, como si también estuvieran tratando de evitar la aguja.
A menudo, los médicos usan muestras de sangre para buscar biomarcadores de enfermedades: anticuerpos que señalan una infección viral o bacteriana, como el SARS-CoV-2, el virus responsable de COVID-19; o citocinas indicativas de inflamación observada en afecciones comoartritis reumatoide y sepsis.
Sin embargo, estos biomarcadores no solo se encuentran en la sangre. También se pueden encontrar en el medio líquido denso que rodea nuestras células, pero en una abundancia baja que dificulta su detección.
Hasta ahora
Los ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un parche de microagujas que se puede aplicar en la piel, capturar un biomarcador de interés y, gracias a su sensibilidad sin precedentes, permitir a los médicos detectar su presencia.
La tecnología es de bajo costo, fácil de usar para un médico o para los propios pacientes, y podría eliminar la necesidad de un viaje al hospital solo para una extracción de sangre.
La investigación, del laboratorio de Srikanth Singamaneni, el profesor Lilyan & E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencias de los Materiales, se publicó en línea el 22 de enero en la revista Ingeniería Biomédica de la Naturaleza .
Además del bajo costo y la facilidad de uso, estos parches de microagujas tienen otra ventaja sobre las extracciones de sangre, quizás la característica más importante para algunos: "Son completamente indoloros", dijo Singamaneni.
Encontrar un biomarcador usando estos parches de microagujas es similar a un análisis de sangre. Pero en lugar de usar una solución para encontrar y cuantificar el biomarcador en la sangre, las microagujas lo capturan directamente del líquido que rodea nuestras células en la piel, lo que se llama intersticial dérmicolíquido ISF. Una vez que se han capturado los biomarcadores, se detectan de la misma manera, utilizando fluorescencia para indicar su presencia y cantidad.
ISF es una fuente rica de biomoléculas, densamente empaquetada con todo, desde neurotransmisores hasta desechos celulares. Sin embargo, para analizar biomarcadores en ISF, el método convencional generalmente requiere la extracción de ISF de la piel. Este método es difícil y generalmente la cantidad de ISF queobtener no es suficiente para el análisis. Ese ha sido un gran obstáculo para el desarrollo de la tecnología de biosensores basada en microagujas.
Otro método implica la captura directa del biomarcador en ISF sin tener que extraer ISF. Al igual que presentarse en un concierto repleto y tratar de abrirse camino, el biomarcador tiene que maniobrar a través de una sopa dinámica y llena de ISF antes de llegar almicroaguja en el tejido de la piel. En tales condiciones, no es fácil capturar suficiente biomarcador para ver con el ensayo tradicional.
Pero el equipo tiene una especie de arma secreta: "plasmónicos-flúor", una nanoetiqueta de fluorescencia ultrabrillante. En comparación con las etiquetas fluorescentes tradicionales, cuando se realizaba un ensayo en un parche de microagujas con plasmón-flúor, la señal de los biomarcadores de proteínas objetivo brillaba sobre1.400 veces más brillantes y se vuelven detectables incluso cuando están presentes en concentraciones bajas.
"Anteriormente, las concentraciones de un biomarcador tenían que ser del orden de unos pocos microgramos por mililitro de líquido", dijo Zheyu Ryan Wang, estudiante de posgrado en el laboratorio de Singamaneni y uno de los autores principales del artículo.Eso está mucho más allá del rango fisiológico del mundo real. Pero utilizando fluor plasmónico, el equipo de investigación pudo detectar biomarcadores del orden de picogramos por mililitro.
"Eso es órdenes de magnitud más sensibles", dijo Ryan.
Estos parches tienen una serie de cualidades que pueden tener un impacto real en la medicina, la atención del paciente y la investigación.
Permitirían a los proveedores monitorear los biomarcadores a lo largo del tiempo, lo que es particularmente importante cuando se trata de comprender cómo se desarrolla la inmunidad en nuevas enfermedades.
Por ejemplo, los investigadores que trabajan en las vacunas COVID-19 necesitan saber si las personas están produciendo los anticuerpos correctos y durante cuánto tiempo. "Pongamos un parche", dijo Singamaneni, "y veamos si la persona tiene anticuerpos contra COVID-19 y en qué nivel ".
O, en caso de emergencia, "Cuando alguien se queja de dolor en el pecho y lo llevan al hospital en una ambulancia, esperamos que se pueda aplicar el parche en ese mismo momento", dijo Jingyi Luan, estudiante que recientementese graduó del laboratorio de Singamaneni y uno de los autores principales del artículo, dijo. En lugar de tener que ir al hospital y hacerse una extracción de sangre, los técnicos de emergencias médicas podrían usar un parche de microagujas para analizar la troponina, el biomarcador que indica infarto de miocardio.
Para las personas con afecciones crónicas que requieren un control regular, los parches de microagujas podrían eliminar los viajes innecesarios al hospital, ahorrando dinero, tiempo y molestias, muchas molestias.
Los parches son casi indoloros. "Se introducen unas 400 micras de profundidad en el tejido dérmico", dijo Singamaneni. "Ni siquiera tocan los nervios sensoriales".
En el laboratorio, el uso de esta tecnología podría limitar la cantidad de animales necesarios para la investigación. A veces, la investigación requiere una gran cantidad de mediciones sucesivas para capturar el flujo y reflujo de los biomarcadores, por ejemplo, para monitorear la progresión de la sepsis. A veces,eso significa muchos animales pequeños.
"Podríamos reducir significativamente la cantidad de animales necesarios para tales estudios", dijo Singamaneni.
Las implicaciones son enormes, y el laboratorio de Singamaneni quiere asegurarse de que se exploren todas.
Hay mucho trabajo por hacer, dijo: "Tendremos que determinar los límites clínicos", es decir, el rango de biomarcadores en la ISF que corresponde a un nivel normal frente a un nivel anormal. "Tendremos quedeterminar qué niveles de biomarcadores son normales, qué niveles son patológicos ". Y su grupo de investigación está trabajando en métodos de administración para largas distancias y condiciones difíciles, brindando opciones para mejorar la atención médica rural.
"Pero no tenemos que hacer todo esto nosotros mismos", dijo Singamaneni. En cambio, la tecnología estará disponible para expertos en diferentes áreas de la medicina.
"Hemos creado una tecnología de plataforma que cualquiera puede usar", dijo. "Y pueden usarla para encontrar su propio biomarcador de interés".
No tenemos que hacer todo esto nosotros mismos
Singamaneni y Erica L. Scheller, profesora asistente de Medicina en la División de Enfermedades Óseas y Minerales de la Facultad de Medicina, trabajaron juntos para investigar la concentración de biomarcadores en tejidos locales.
Los enfoques actuales para dicha evaluación requieren el aislamiento de los tejidos locales y no permiten una inspección sucesiva y continua. Singamaneni y Scheller están desarrollando una plataforma mejor para lograr un seguimiento a largo plazo de la concentración de biomarcadores locales.
trabajando juntos
Srikanth Singamaneni, el profesor Lilyan E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales, y Jai S. Rudra, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica, trabajaron juntos para analizar las vacunas de cocaína, que funcionan bloqueando la cocaínacapacidad de entrar en el cerebro.
Los candidatos actuales para una vacuna de este tipo no confieren resultados duraderos; requieren refuerzos frecuentes. Singamaneni y Rudra querían una mejor manera de determinar cuándo habían disminuido los efectos de la vacuna. "Hemos demostrado que podemos usar elparches para saber si una persona todavía está produciendo los anticuerpos necesarios ", dijo Singamaneni." No es necesario extraer sangre ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Brandie Jefferson. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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