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Última actualizaciónSáb, 27 Feb 2021 6pm

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Lab-on-a-chip. El futuro está aquí

Medir hasta 16 parámetros biológicos con un único chip de apenas 3 centímetros. Es lo que ha conseguido un grupo de investigadores del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología del CSIC con un nuevo tipo de biosensor fotónico, que ha sido patentado en los EE.UU y en Europa.

 

 

El biosensor fotónico con capacidad para medir hasta 16 parámetros.Este avance está encaminado a ser lo que se dibuja como una de las tecnologías de diagnóstico del futuro, pequeños laboratorios en un solo chip (de donde viene lo de “lab-on-a-chip”) que permitirán que una persona en casa se autorealice un análisis con una sola gota de muestra y detectar con él hasta 16 parámetros.

El biosensor incorpora receptores biológicos (enzimas, anticuerpos o sondas de ADN) para reconocer de forma inequívoca lo que se quiere detectar, ya sea una bacteria, una mutación de ADN o una alteración en un biomarcador de cáncer. “Hemos probado el sensor como sonda de ADN, para reconocer mutaciones genéticas, y para reconocer bacterias”, explica Laura M. Lechuga, profesora de investigación del CSIC y directora del equipo del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2) que ha desarrollado el proyecto. “Lo hemos probado sobre suero y orina, pero podría emplearse con otros tipos de fluidos humanos”. También se podría aplicar en el control de la contaminación medioambiental, para analizar de forma rápida contaminantes orgánicos o bacterias infecciosas en las aguas.

Laboratorio en la palma de la mano

Un sensor de este tipo aportaría atractivas ventajas para el sector sanitario, ya que permitiría obtener resultados fiables de forma inmediata. El análisis se podría hacer en la misma consulta del médico, sin tener que enviar muestras a laboratorios. Permitiría descolapsar los laboratorios e intervenir antes sobre la enfermedad proporcionando el tratamiento más adecuado en menor tiempo.

Su uso, tal como lo imaginan los científicos en el futuro, sería acoplando ese biosensor a un dispositivo similar a un teléfono inteligente, que dispondría del soporte electrónico necesario para leer el resultado. Así, cada vez que se quisiera hacer un análisis, tan solo habría que colocar un nuevo biochip y, sobre este, la muestra a analizar. En algunos casos, como en el control del medioambiente, el biosensor podría ser reutilizable cientos de veces.

Laura M. Lechuga, directora de la investigación, explica que se trata de una tecnología sumamente sofisticada, que proporciona una alta precisión y fiabilidad en las medidas. El biosensor es un interferómetro: lo que mide es la variación óptica que experimenta un rayo de luz tras pasar a través del objeto que se está analizando. Los interferómetros son muy potentes como herramienta de análisis. Pero llevarlos al ámbito de lo más pequeño, la nanotecnología, plantea muchas dificultades técnicas.

Detalle de los canales del biosensor.Retos técnicos

El biochip que se ha diseñado contiene 16 interferómetros. Cada uno de ellos es como un canal de 4 micras de ancho y un espesor de pocos nanómetros, en los que se acoplan los rayos de luz. La ventaja es que en cada canal se puede ubicar un receptor biológico, y medir así desde 1 hasta un máximo de 16 parámetros. Una de las dificultades en el desarrollo es cómo conducir los rayos de luz macroscópicos (como el que emite un puntero láser) en estos canales, a escala de nanómetros. Para ello, los investigadores han desarrollado una micro-rejilla en la entrada de cada uno de los canales sensores.

Otra dificultad, no menos importante, es la que hace referencia a los micro fluidos: cómo canalizar la muestra de sangre u orina en cantidades microscópicas al lugar adecuado del sensor para su análisis. Para ello, los investigadores han diseñado un sistema de micro-cubetas que canaliza la muestra hasta los diferentes puntos de análisis dentro del biochip.

Monitorizar pacientes, diagnóstico precoz

¿Para qué medir tantos parámetros? Una posibilidad es predecir la evolución de pacientes en función de varios biomarcadores. “Estamos colaborando con la Unidad de Hepáticos del hospital de la Vall de Hebron, identificando biomarcadores de alteración hepática para aplicarlo a personas recién trasplantadas de hígado. La idea es diagnosticar de forma precoz si aparece una infección que pueda provocar un posible rechazo”.

¿Para qué medir tantos parámetros? Una posibilidad es predecir la evolución de pacientes en función de varios biomarcadores.

Otra posibilidad es poder detectar las mutaciones genéticas o los biomarcadores proteícos que van asociados al desarrollo de un determinado tipo de cáncer, como una forma de diagnóstico precoz. No obstante, advierte Laura M. Lechuga, para ello hay conocer exactamente qué mutaciones genéticas o que biomarcadores se corresponden con cada enfermedad. Y en ese aspecto, a la biomedicina aun le queda un largo camino por recorrer.

Las aplicaciones no se limitan a la medicina. La detección de toxinas en alimentos, el análisis de pesticidas en agua para estudios de medio ambiente o la detección de hormonas en orina para el control anti-doping, son algunos ejemplos de posibles aplicaciones. En cualquier caso, el biosensor, que está en las fases finales de desarrollo, se adaptaría a las necesidades de la aplicación.

El desarrollo se ha realizado con el apoyo de la Fundación Botín, que ha financiado el proyecto durante cinco años en el marco de su programa de Transferencia Tecnológica.