Un dispositivo prototipo desarrollado por un equipo internacional de ingenieros puede filtrar partículas extremadamente pequeñas de muestras de sangre sin tener que enviarlas a un laboratorio. El dispositivo, que combina la clasificación de células acústicas y las tecnologías microfluídicas, podría ser una bendición tanto para los científicosinvestigación y aplicaciones médicas.
El sistema está optimizado para clasificar los "exosomas", nanopartículas biológicas liberadas de cada tipo de célula en el cuerpo. Se cree que desempeñan un papel importante en la comunicación de célula a célula y en la transmisión de enfermedades, han sido objeto de curiosidad científica desdesu descubrimiento hace tres décadas.
Sin embargo, el tamaño minúsculo de los exosomas los hace difíciles de estudiar y desafiantes para separarlos de sus fluidos biológicos nativos. Las prácticas actuales implican centrifugar muestras en una centrífuga durante varias horas o incluso días, a menudo dañando los exosomas al someterlos a niveles extremadamente altosfuerzas gravitacionales. Incluso entonces, el procedimiento solo captura una pequeña fracción de las nanopartículas presentes en el fluido biológico.
En un documento que aparece la semana del 18 de septiembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , investigadores de la Universidad de Duke, la Universidad de Pittsburgh y el Instituto de Investigación de Mujeres Magee, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, demuestran un mejor método basado en "acúustofluídica", una combinación de acústica y microfluídica.
El dispositivo prototipo proporciona un sistema de punto de cuidado suave y automatizado que permite el aislamiento en un solo paso, en chip, de exosomas de fluidos biológicos completos con una alta tasa de pureza y rendimiento.
Los resultados podrían ayudar a los investigadores y clínicos a aprender más sobre los exosomas y formar la base para los dispositivos de diagnóstico o terapéuticos. El dispositivo puede permitir el diagnóstico y el monitoreo de muchas afecciones con una simple extracción de sangre y una 'biopsia líquida', incluyendo cáncer, conmociones cerebrales y enfermedadesafectando el cerebro, riñón, hígado y placenta.
"Los exosomas tienen un potencial significativo en el diagnóstico y tratamiento médico, pero las tecnologías actuales para el aislamiento de exosomas adolecen de inconvenientes como un tiempo de respuesta prolongado, inconsistencia, bajo rendimiento, contaminación e integridad incierta del exosoma", dijo Tony Jun Huang, profesor de ingeniería mecánicay ciencia de materiales en Duke. "Este trabajo ofrece una nueva técnica que puede abordar estos problemas. Queremos hacer que la extracción de exosomas de alta calidad sea tan simple como presionar un botón y obtener las muestras deseadas en 10 minutos".
"La capacidad de este método para separar exosomas sin alterar sus características biológicas o físicas potencialmente ofrece nuevas vías para evaluar la salud humana, así como la aparición y progresión de enfermedades", dijo Subra Suresh, co-autor corresponsal del artículo y presidente-designado de la Universidad Tecnológica de Nanyang de Singapur, el profesor de biomecánica del siglo XXI en medicina en la Facultad de medicina de la Universidad de Pittsburgh y ex presidente de la Universidad Carnegie Mellon.
El dispositivo prototipo construido por Huang y sus colegas crea una onda de sonido de alta frecuencia que viaja en ángulo a líquido que fluye por un tubo diminuto. Al adaptar cuidadosamente el ángulo y la frecuencia de la onda de sonido a la longitud del canal y al tamaño delas partículas, pueden empujar cualquier partícula mayor de 1,000 nanómetros en un canal separado.
Esto elimina elementos de la sangre, como los glóbulos blancos, los glóbulos rojos y las plaquetas. El líquido pasa a través de una segunda cámara, donde se usa la misma fuerza para filtrar todo lo que sea más pequeño que 130 nanómetros, que es aproximadamente del tamaño de la mayoríaexosomas y 500 veces más pequeños que el grosor del cabello humano.
La técnica de doble etapa mostró la capacidad de separar más del 80 por ciento de los exosomas presentes con una pureza del 98 por ciento, en comparación con los métodos actuales que capturan solo del 5 al 40 por ciento de los exosomas.
"El nuevo dispositivo puede eliminar todas las células sanguíneas y las plaquetas primero antes de separar eficientemente las vesículas extracelulares como los exosomas", explicó Ming Dao, director del Laboratorio de Nanomecánica del MIT. "Esta nueva generación de diseño de dispositivos integrados hace posible la centrifugación-clasificación libre de diferentes componentes sanguíneos, lo que puede reducir drásticamente el costo y el tiempo de procesamiento involucrados en los ensayos de biopsia líquida ".
"Esto agregará una nueva dimensión a la investigación en 'biopsias líquidas' y facilitará el uso clínico de vesículas extracelulares para informar la fisiología y la salud de los órganos de difícil acceso, como la placenta durante el embarazo humano", dijo Yoel Sadovsky, director del Instituto de Investigación Magee-Womens de la Universidad de Pittsburgh, "aunque el uso de exosomas para estos fines aún no está probado, esa es la promesa de nuestra investigación".
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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