Lab-on-a-chip. El futur està aquí

Mesurar fins a 16 paràmetres biològics amb un únic xip de tot just 3 centímetres. És el que ha aconseguit un grup d'investigadors del Centre de Nanociència i Nanotecnologia del CSIC amb un nou tipus de biosensor fotònic, que ha estat patentat als EUA i a Europa.

 

 

El biosensor té capacitat per mesurar fins a 16 parametres.Aquest avanç està encaminat a ser el que es dibuixa com una de les tecnologies de diagnòstic del futur, petits laboratoris en un chip (d’on ve la denominació “lab-on-a-chip”) que permetran que una persona a casa es faci una anàlisi amb una sola gota de mostra i detectar-hi fins a 16 paràmetres.

El biosensor incorpora receptors biològics (enzims, anticossos o sondes d'ADN) per reconèixer de manera inequívoca el que es vol detectar, ja sigui un bacteri, una mutació d'ADN o una alteració en un biomarcador de càncer. "Hem provat el sensor com a sonda d'ADN, per reconèixer mutacions genètiques, i per reconèixer bacteris", explica Laura M. Lechuga, professora d'investigació del CSIC i directora de l'equip del Centre de Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) que ha desenvolupat el projecte. "Ho hem provat sobre sèrum i orina, però podria emprar-se amb altres tipus de fluids humans". També es podria aplicar en el control de la contaminació mediambiental, per analitzar de forma ràpida contaminants orgànics o bacteris infeccioses en les aigües.

Laboratori a la palma de la mà

Un sensor d'aquest tipus aportaria atractius avantatges per al sector sanitari, ja que permetria obtenir resultats fiables de forma immediata. Les anàlisis es podrien fa a la mateixa consulta del metge, sense haver d'enviar mostres a laboratoris. Permetria descol·lapsar els laboratoris i intervenir abans sobre la malaltia proporcionant el tractament més adequat en menys temps.

El seu ús, tal com ho imaginen els científics en el futur, seria acoblant aquest biosensor a un dispositiu similar a un telèfon intel·ligent, que disposaria del suport electrònic necessari per llegir el resultat. Així, cada vegada que es volgués fer una anàlisi, només caldria col·locar un nou bioxip i, sobre aquest, la mostra a analitzar. En alguns casos, com en el control del medi ambient, el biosensor podria ser reutilitzable centenars de vegades.

Laura M. Lechuga, directora de la investigació, explica que es tracta d'una tecnologia summament sofisticada, que proporciona una alta precisió i fiabilitat en les mesures. El biosensor és un interferòmetre: el que mesura és la variació òptica que experimenta un raig de llum després de passar a través de l'objecte que s'està analitzant. Els interferòmetres són molt potents com a eina d'anàlisi. Però portar-los a l'àmbit del més petit, la nanotecnologia, planteja moltes dificultats tècniques.

Detall dels canals.Reptes tècnics

El bioxip que s'ha dissenyat conté 16 interferòmetres. Cada un d'ells és com un canal de 4 micres d'ample i un gruix de pocs nanòmetres, on s'acoblen els raigs de llum. L'avantatge és que en cada canal es pot situar un receptor biològic, i mesurar així des de 1 fins a un màxim de 16 paràmetres. Una de les dificultats en el desenvolupament és com conduir els raigs de llum macroscòpics (com el que emet un punter làser) en aquests canals, a l'escala de nanòmetres. Per fer-ho, els investigadors han desenvolupat una micro-reixeta a l'entrada de cada un dels canals sensors.

Una altra dificultat, no menys important, és la que fa referència als microfluids: com canalitzar la mostra de sang o orina en quantitats microscòpiques al lloc adequat del sensor per a la seva anàlisi. Per això, els investigadors han dissenyat un sistema de micro-cubetes que canalitza la mostra fins als diferents punts d'anàlisi dins el bioxip.

Seguiment de pacients, diagnòstic precoç

Per a què mesurar tants paràmetres? Una possibilitat és predir l'evolució de pacients en funció de diversos biomarcadors. "Estem col·laborant amb la Unitat de Hepàtics de l'hospital de la Vall d'Hebron, identificant biomarcadors d'alteració hepàtica per aplicar-lo a persones nou trasplantades de fetge. La idea és diagnosticar de forma precoç si apareix una infecció que pugui provocar un possible rebuig", explica la investigadora Laura M. Lechuga.

Per a què mesurar tants paràmetres? Una possibilitat és predir l'evolució de pacients en funció de diversos biomarcadors.

Una altra possibilitat és poder detectar les mutacions genètiques o els biomarcadors proteics que van associats al desenvolupament d'un determinat tipus de càncer, com una forma de diagnòstic precoç. Tanmateix, adverteix la investigadora, per poder fer això cal conèixer exactament quines mutacions genètiques o quins biomarcadors es corresponen amb cada malaltia. I en aquest aspecte, a la biomedicina encara li queda un llarg camí per recórrer.

Les aplicacions no es limiten a la medicina. La detecció de toxines en aliments, l'anàlisi de pesticides en aigua per a estudis de medi ambient o la detecció d'hormones en orina per al control antidopatge, són alguns exemples de possibles aplicacions. En qualsevol cas, el biosensor, que està en les fases finals de desenvolupament, s'adaptaria a les necessitats de l'aplicació.

El desenvolupament s'ha realitzat amb el suport de la Fundación Botín, que ha finançat el projecte durant cinc anys en el marc del seu programa de Transferència Tecnològica.