El profesor Thomas Gervais de Polytechnique Montréal y sus alumnos Pierre-Alexandre Goyette y Étienne Boulais, en colaboración con el equipo dirigido por el profesor David Juncker de la Universidad McGill, han desarrollado un nuevo proceso microfluídico destinado a automatizar la detección de proteínas por anticuerpos. Este trabajo,el tema de un artículo en Comunicaciones de la naturaleza , apunta a la llegada de nuevos instrumentos portátiles para acelerar el proceso de detección y análisis de moléculas en laboratorios biológicos para acelerar la investigación en biología del cáncer.
Microfluídica se refiere a la manipulación de fluidos en dispositivos de microescala. Comúnmente llamados "laboratorios en un chip", los sistemas microfluídicos se utilizan para estudiar y analizar muestras químicas o biológicas a muy pequeña escala, reemplazando los instrumentos extremadamente caros y engorrosos utilizados para los biológicos tradicionales.La microfluídica se considera tan revolucionaria para la biología y la química como los microprocesadores para la electrónica y la informática, y se aplica a un mercado enorme.
Hoy, esta joven disciplina, que comenzó a despegar en la década de 2000 con sistemas cerrados formados por redes de microcanales, se está transformando radicalmente por el descubrimiento realizado por el grupo de investigadores de la Universidad Politécnica y McGill, que refuerza lo teórico yfundamentos experimentales de microfluídica de espacio abierto.
Esta tecnología, que elimina canales, compite favorablemente con la microfluídica convencional para ciertos tipos de análisis. De hecho, la configuración clásica de los dispositivos microfluídicos de canal cerrado ofrece varias desventajas: la escala de las secciones transversales del canal aumenta el estrés que sufren las células cuandoson cultivos y no son compatibles con el estándar de cultivo celular, la placa de Petri, lo que dificulta que la industria lo adopte.
El nuevo enfoque explorado por los investigadores de la Universidad Politécnica y McGill se basa en multipolares microfluídicos MFM, un sistema de aspiración y aspiración simultánea de fluidos a través de microaberturas opuestas en una superficie muy pequeña colocada en un espacio confinado de menos de 0.1 mm"Cuando entran en contacto entre sí, estos chorros de líquido forman patrones que se pueden ver al teñirlos con reactivos químicos", dice el profesor Gervais. "Queríamos entender estos patrones al desarrollar un método confiable para modelar MFM."
ELEGANTE SIMETRÍA VISUAL REMINISCENTE DEL TRABAJO DEL ARTISTA MC ESCHER
Para comprender estos patrones, el equipo del profesor Gervais tuvo que desarrollar un nuevo modelo matemático para flujos multipolares abiertos. Este modelo se basa en una rama clásica de las matemáticas conocida como mapeo conforme que resuelve un problema relacionado con una geometría compleja reduciéndolo a ungeometría más simple y viceversa.
El estudiante de doctorado Étienne Boulais desarrolló primero un modelo para estudiar colisiones de microjet en un dipolo multifluídico un MFM con solo dos aberturas, y luego, basándose en esta teoría matemática, extrapoló el modelo a MFMs con múltiples aberturas ". Podemos hacer unanalogía con un juego de ajedrez en el que hay una versión con cuatro jugadores, luego seis u ocho, aplicando una deformación espacial mientras se mantienen las mismas reglas del juego ", explica.
"Cuando se somete a un mapeo conforme, los patrones creados por las colisiones de chorro de líquido forman imágenes simétricas que recuerdan las pinturas del artista holandés MC Escher", agrega el joven investigador, que siente pasión por las artes visuales ". Pero mucho más allá de su atractivo estético, nuestro modelo nos permite describir la velocidad con la que las moléculas se mueven a través de los fluidos, así como su concentración. Hemos definido reglas válidas para todas las configuraciones de sistemas posibles de hasta 12 polos para generar una amplia variedad de patrones de flujo y difusión ".
El método es, por lo tanto, una caja de herramientas completa que no solo permitirá modelar y explicar los fenómenos que ocurren en los MFM, sino también explorar nuevas configuraciones. Gracias a este método, ahora es posible automatizar las pruebas de microfluidos en espacios abiertos, quehasta ahora solo se han explorado a través de prueba y error.
FABRICACIÓN DEL DISPOSITIVO CON IMPRESIÓN 3D
El diseño y la fabricación del dispositivo MFM fue realizado por Pierre-Alexandre Goyette. Este dispositivo es una pequeña sonda hecha de resina que utiliza un proceso de impresión 3D de bajo costo y está conectada a un sistema de bombas e inyectores.
"La experiencia del equipo del profesor Juncker en la detección de proteínas por anticuerpos inmovilizados en una superficie ha sido invaluable en la gestión de los aspectos biológicos de este proyecto", dice el estudiante de doctorado en ingeniería biomédica ". Los resultados obtenidos con ensayos validaron la precisiónde los modelos desarrollados por mi colega Etienne "
El dispositivo permite el uso simultáneo de varios reactivos para detectar varias moléculas en la misma muestra, lo que ahorra un tiempo valioso a los biólogos. Para ciertos tipos de pruebas, el tiempo de análisis podría reducirse de varios días a unas pocas horas, o incluso acuestión de minutos. Además, la versatilidad de esta tecnología debería hacerla utilizable para diversos procesos analíticos, incluidas las pruebas inmunológicas y de ADN.
¿HACIA UNA PANTALLA MICROFLUIDICA?
El equipo del profesor Gervais ya está considerando el siguiente paso en su proyecto: el desarrollo de una pantalla que muestre una imagen química.
"Sería una especie de equivalente químico de la pantalla de cristal líquido", explica el profesor Gervais. "De la misma manera que movemos electrones a través de una pantalla, enviamos chorros de líquido a diversas concentraciones que reaccionarían con unsuperficie. Juntos, formarían una imagen. Estamos muy emocionados de seguir adelante con este proyecto, para el cual hemos obtenido una patente provisional ".
REINVENCIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE DIAGNÓSTICO Y SEGUIMIENTO DE TRATAMIENTO MÉDICO
Por ahora, la tecnología desarrollada por este equipo de investigación está dirigida al mercado de investigación fundamental ". Nuestros procesos permiten exponer las células a muchos reactivos simultáneamente", dice el profesor Gervais. "Pueden ayudar a los biólogos a estudiar las interacciones entre proteínas yreactivos a gran escala, aumentando la cantidad y la calidad de la información obtenida durante los ensayos ".
Explica que posteriormente, el mercado farmacéutico también podrá beneficiarse de los nuevos métodos de automatización del sistema de detección resultantes del descubrimiento. Por último, abre una nueva vía para el descubrimiento de fármacos al facilitar el cultivo celular del paciente y la exposición a diversos fármacosagentes para determinar cuáles responden mejor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Polytechnique Montréal . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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