Un equip del CSIC ha dissenyat un mètode i un dispositiu que permet diferenciar, en una sola anàlisi, les cèl·lules o partícules que hi ha en un fluid. El prototip ha estat posat a prova en un treball, publicat i destacat a la portada de la revista ACS Sensors. El sistema ha estat patentat per tal que empreses fabricants d'equips de laboratori, interessades en una llicència, puguin implementar aquesta tecnologia al mercat.
Imatge artística del dispositiu, en la que s'aprecia el capil·lar transparent, pel qual passen les partícules, i el láser travessant el capil·lar. Es tracta d'un sistema mecano-òptic que permet diferenciar partícules, orgàniques o inorgàniques, mitjançant la determinació simultània de la seva massa flotant i la seva reflectivitat amb un únic làser i en una sola anàlisi. El desenvolupament ha estat liderat per Montserrat Calleja i Daniel Ramos, del Laboratori de Bionanomecánica de l'Institut de Micro i Nanotecnologia del CSIC. Aquest sistema ha estat patentat per tal que empreses fabricants d'equips de laboratori, interessades en una llicència, puguin implementar aquesta tecnologia al mercat i posar-la a el servei de la societat.
És un sistema enginyós i prometedor, que té avantatges enfront de mètodes usats actualment per a la classificació de partícules o cèl·lules, ja que no necessiten tractaments previs de la mostra ni diverses anàlisis. Però, a més, es podria aplicar a molts àmbits, en els quals es requereixi identificar partícules en un fluid, ja siguin cèl·lules en una mostra biològica, contaminants o patògens en aigua, o partícules de polímer en un fluid d'interès per a la indústria.
El nucli del dispositiu és un capil·lar transparent i molt petit, a través del qual passen les partícules a diferenciar, una a una. Un feix làser incideix i travessa el capil·lar. Aquest últim té una freqüència de vibració constant. Cada partícula que passa pel fluid desplaça part del mateix fluid en funció de la seva massa (la diferència entre la massa del líquid desplaçat i la de l'objecte submergit és la massa flotant i aquest canvi de massa modifica la vibració. El làser també incideix sobre la partícula, que respon de forma diferent en funció de les seves propietats òptiques (en aquest cas, el que es mesura és la reflectivitat). Finalment, un fotodetector permet capturar, a través dels canvis del làser, tant la reflectivitat com la variació de la freqüència de ressonància del capil·lar, dels quals es pot induir la massa de les partícules.
Montserrat Calleja, que lidera el Laboratori de Bionanomecánica i el projecte LIQUIDMASS del Consell Europeu de Recerca, en el qual s'engloba aquesta investigación, explica que "mesurar simultàniament propietats mecàniques i propietats òptiques de cèl·lules canceroses ens permetrà comprendre millor els mecanismes pels quals aquestes cèl·lules es tornen invasives".
"Estem parlant d'un dispositiu molt petit", aclareix Daniel Ramos, investigador distingit en el IMN-CSIC, i investigador principal d'aquest treball. "En el prototip, el capil·lar té un diàmetre interior de 30 micres i un d'exterior de 50 micres, i el feix de làser té un diàmetre d'unes 20 micres", explica Ramos. Aquestes mides es poden adaptar en funció del tipus de partícula a analitzar. L’important és que els capil·lars no siguin molt més grans que les partícules, per aconseguir que aquestes passin una a una a través del capil·lar.
A l’estudi publicat, els científics han realitzat un primer experiment amb micropartícules de sílice d'entre 6 i 8 micres i micropartícules de polímer d'unes 12,4 micres. En el primer experiment sabien exactament el que hi havia a la mostra, de forma que l’assaig ha servit per calibrar el dispositiu. Després, han utilitzat el dispositiu per diferenciar, amb èxit, cèl·lules tumorals de càncer de mama (MCF-7) i cèl·lules sanes (NCF-10A) del mateix tipus de teixit epitelial.
Han utilitzat el dispositiu per diferenciar, amb èxit, cèl·lules tumorals de càncer de mama (MCF-7) i cèl·lules sanes (NCF-10A) del mateix tipus de teixit epitelial.
El treball demostra que el sistema, que permet analitzar unes 300 cèl·lules per minut, és eficaç diferenciant cèl·lules del mateix tipus de teixit. És una velocitat comparable a la citometria, aclareix Ramos, una tècnica molt habitual en medicina. Però amb aquest nou mètode s'evita el pas previ de preparar i marcar la mostra, com quan es marquen cèl·lules tumorals amb anticossos monoclonals que transporten marcadors fluorescents, cosa que suposa un temps i un cost afegit. De fet, aquest dispositiu es podria acoblar amb relativa facilitat als citòmetres de flux actuals.
El nou dispositiu ha estat portada de la revista ACS Sensors.
El sistema també té avantatges sobre les tècniques actuals basades en ressonadors mecànics buits. Aquests dispositius, tot i ser molt sensibles, no permeten discriminar entre partícules diferents que tenen masses similars. El que es fa en aquests casos és realitzar múltiples mesures canviant la densitat del líquid portador, el que té la contrapartida d’augmentar el cost i la complexitat de l'experiment. Però, a més, si bé canviar el fluid portador és possible en el cas de partícules inorgàniques, no ho és en el cas de mostres biològiques o ambientals.
Perspectives i possibilitats
El disseny i desenvolupament del dispositiu (que ha estat fabricat a la Sala Blanca de l'IMN), així com el disseny i el muntatge de l'equip de mesura, els ha portat uns tres anys de treball als investigadors i és part de la tesi del jove científic Alberto Martín.
Entre els seus pròxims objectius, l'equip es proposa crear una base de dades amb les masses de les possibles dianes (cèl·lules, patògens, micropartícules de diferents materials, etc.), que permeti identificar-les després per aquesta variable. De moment, el prototip ha estat aplicat a diferenciar entre dues línies cel·lulars. Però la intenció és desenvolupar més l'equip per poder diferenciar tots i cadascun dels components que poden estar en una mostra, al marge de quin sigui el fluid, sempre i quan sigui transparent, aclareixen els investigadors.
D'altra banda, la combinació de capil·lars de diferent grandària permetria la selecció de les partícules que entren en els capil·lars (un bacteri té unes 5 micres, mentre que una cèl·lula té al voltant d'unes 20 micres).
Per això, el ventall de possibles aplicacions sembla il·limitat, com la detecció de bacteris i patògens, el diagnòstic de malalties, o la detecció de contaminants. Per exemple, en un hospital permetria tenir una detecció ràpida, en qüestió de minuts, dels patògens presents en una mostra, explica Daniel Ramos.
Mechano-Optical Analysis of Single Cells with Transparent Microcapillary Resonators, Alberto Martín-Pérez, Daniel Ramos, Eduardo Gil-Santos, Sergio García-López, Marina L. Yubero Priscila M. Kosaka Álvaro San Paulo Javier Tamayo Montserrat Calleja
Mercè Fernández Via / Delegación CSIC Catalunya
Contacte:
Patricia Thomas Vielma
Vicepresidencia Adjunta de Transferencia
del Conocimiento CSIC
Tel.: +34 91 568 18 25
Correo-e: