Una de las fronteras de los diagnósticos médicos es la carrera por análisis de sangre más sensibles. La capacidad de detectar proteínas extremadamente raras podría marcar una diferencia vital para muchas afecciones, como la detección temprana de ciertos tipos de cáncer o el diagnóstico de cerebro traumáticolesión, donde los biomarcadores relevantes solo aparecen en cantidades muy pequeñas.
Los enfoques comerciales para la detección de proteínas ultrasensibles están comenzando a estar disponibles, pero se basan en ópticas costosas y manipuladores de fluidos, que los hacen relativamente voluminosos y costosos y limitan su uso a entornos de laboratorio
Sabiendo que tener este tipo de sistema de diagnóstico disponible como dispositivo de punto de atención sería crítico para muchas afecciones, especialmente lesiones cerebrales traumáticas, los ingenieros de la Universidad de Pensilvania han desarrollado una prueba que utiliza componentes estándar ypuede detectar proteínas individuales con resultados en cuestión de minutos, en comparación con el flujo de trabajo tradicional, que puede llevar días.
Utilizando una cámara de teléfono celular estándar y un conjunto de luces LED estroboscópicas, combinado con los generadores de gotas de microfluidos de su laboratorio, el equipo ha desarrollado un sistema que es mil veces más sensible que el análisis de proteínas estándar, es portátil y considerablemente menos costoso quelas pruebas actuales de proteínas únicas de última generación que llegan por primera vez al mercado.
Los investigadores, dirigidos por David Issadore, profesor asistente en el Departamento de Bioingeniería de Penn Engineering, y el estudiante graduado Venkata R. Yelleswarapu, demostraron su sistema en un estudio publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El ensayo estándar de detección de proteínas, ELISA, consiste en unir anticuerpos a las proteínas en cuestión, luego medir cuánto cambia el color de la muestra en respuesta a las enzimas vinculadas a los anticuerpos. Este proceso es lo suficientemente rápido y simple como para incorporarlo en el punto dedispositivos de cuidado, como las pruebas caseras de VIH, pero solo funcionan cuando las proteínas están en grandes concentraciones.
Actualmente hay muy pocos biomarcadores para la lesión cerebral traumática porque muy pocos de los marcadores de proteínas de esas lesiones atraviesan la barrera hematoencefálica. Los investigadores médicos han confirmado recientemente que cualquiera de estos marcadores podría usarse para un análisis de sangre,y dadas sus concentraciones ultrabajas, esa prueba necesitaría ser mucho más sensible que la matriz ELISA estándar.
"Por mil veces más sensible", dice Issadore, "queremos decir que si tuviéramos un vial de sangre con solo unas pocas proteínas relevantes, podemos contar con precisión esas proteínas, mientras que una prueba tradicional no podría ser confiablediga la diferencia entre ese vial de sangre y uno que no contenga ninguna proteína. A medida que siga aumentando la cantidad de proteínas, la prueba tradicional eventualmente podrá detectarlas, pero podemos cuantificar la cantidad de proteínas en concentraciones de milveces menos de lo que pueden "
El enfoque de Issadore funciona midiendo una proteína a la vez, separando la muestra en microgotas, cada una de las cuales contiene una sola proteína o ninguna. La experiencia de su laboratorio en microfluídica ha producido microchips grabados con cientos de generadores de microgotas, todostrabajando en paralelo
"Normalmente, tendría que medir con mucha precisión cuánto cambia una muestra de color o fluorescencia, pero aquí la estamos convirtiendo en decenas de millones de preguntas de sí o no", dice Issadore. "Digitalizar esa pregunta traereduce el costo de la cámara y el equipo de manejo de fluidos circundante, pero cambia el problema a cómo procesar decenas de millones de esas preguntas, de manera reproducible, precisa, económica y portátil ".
Si bien una cámara estándar puede detectar si una microgota contiene una proteína unida a un marcador fluorescente o no, el gran desafío fue acelerar el proceso. Los detectores de gotas digitales existentes alinean las gotas para que puedan medirse unaa la vez. Tales sistemas son precisos, pero voluminosos y caros. También tienen un rendimiento limitado, debido a la necesidad de observar millones de gotas de una en una.
"Mil gotas por segundo, el rendimiento de las tecnologías convencionales, sigue siendo bastante lento si necesita medir 50 millones", dice Yelleswarapu.
En lugar de tener un solo canal, los investigadores colocan gotas en cientos de canales que pasan por la cámara al mismo tiempo. Sin embargo, el cuello de botella es la rapidez con que una cámara puede capturar los datos.
"Convencionalmente, eso no funcionaría ya que el tiempo de exposición que obtendrías de una cámara normal es tal que las señales de dos gotas una al lado de la otra se superpondrían", dice Yelleswarapu. "Una cámara de teléfono celular toma alrededor de cien imágenesun segundo, y eso es demasiado lento para ser útil para que podamos resolver estas gotas. Pero puedes usar esa cámara si la fuente de luz que estás usando para iluminar las gotas es mil veces más rápida que la velocidad de fotogramas de la cámara ".
El truco que hace que el enfoque del equipo Issadore funcione es codificar esta luz estroboscópica con una señal que les permita separar una microgota de sus vecinos.
"Estamos destellando la luz en un patrón muy específico que nunca se repite, que es una técnica que tomamos prestada del radar", dice Issadore. "A medida que las señales pasan por la pantalla, se imprimen con este código de barras. Inclusoaunque se superponen entre sí, podemos distinguirlos mediante el pulso estroboscópico que iluminó cada gota ".
El grupo de Issadore ha publicado previamente sobre marcadores de lesiones cerebrales traumáticas, y tiene un proyecto de investigación en curso con el Hospital Presbyterian con pacientes con lesiones cerebrales. También tienen una empresa spin-off, Chip Diagnostics, con sede en el Centro Pennovation, que tiene como objetivo producir pruebaskits para diagnóstico temprano de cáncer y lesión cerebral traumática.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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