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Crean un dispositivo que diferencia, en un único análisis y sin marcadores, células sanas de tumorales

Un equipo del CSIC ha diseñado un método y un dispositivo que permite diferenciar, en un solo análisis, las células o partículas que hay en un fluido. El prototipo ha sido puesto a prueba en un trabajo, publicado y destacado en la portada de la revista ACS Sensors. El desarrollo se ha patentado para que empresas de equipos de laboratorio, interesadas en una licencia, puedan implementarla en el mercado.

Imagen artística del dispositivo, en la que se aprecia el capilar transparente por el que circulan las artículas y el láser atravesando el capìlar.Se trata de un sistema mecano-óptico que permite diferenciar partículas, orgánicas o inorgánicas, mediante la determinación simultánea de su masa boyante y su reflectividad con un único láser y en un sólo análisis. El desarrollo ha sido liderado por Montserrat Calleja y Daniel Ramos, del Laboratorio de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC, y ha sido patentado para que empresas fabricantes de equipos de laboratorio, interesadas en una licencia, puedan implementar esta tecnología en el mercado y ponerla al servicio de la sociedad.

Es un sistema ingenioso y prometedor, que tiene ventajas frente a métodos usados actualmente para la clasificación de partículas o células, ya que no necesitan tratamientos previos de la muestra ni varios análisis. Pero además se podría aplicar a muchos ámbitos, en los que se requiera identificar partículas en un fluido, ya sean células en una muestra biológica, contaminantes o patógenos en agua, o partículas de polímero en un fluido de interés para la industria.

El núcleo del dispositivo es un capilar transparente y muy pequeño, a través del cual pasan las partículas a medir, una a una. Un haz láser incide y atraviesa el capilar. Este último tiene una frecuencia de vibración constante. Cada partícula que pasa por el fluido desplaza parte del fluido en función de su masa (la diferencia entre la masa del líquido desplazado y la del objeto sumergido es la masa boyante) y este cambio de masa modifica la vibración. El láser también incide sobre la partícula, que responde de forma diferente en función de sus propiedades ópticas (en este caso, lo que se mide es la reflectividad). Un fotodetector permite capturar, a través de los cambios del láser, tanto la reflectividad como la variación de la frecuencia de resonancia del capilar, de los que se puede inducir la masa de las partículas.

Montserrat Calleja, que lidera el Laboratorio de Bionanomecánica y el proyecto LIQUIDMASS del Consejo Europeo de Investigación en el que se engloba esta investigación explica “la medida simultánea de propiedades mecánicas y propiedades ópticas de células cancerosas nos permitirá comprender mejor los mecanismos por los que estas células se vuelven invasivas”.

“Estamos hablando de un dispositivo muy pequeño”, aclara Daniel Ramos, investigador distinguido en el IMN-CSIC, e investigador principal de este trabajo. “En el prototipo, el capilar tiene un diámetro interior de 30 micras y uno exterior de 50 micras, y el haz de láser tiene un diámetro de unas 20 micras”, explica Ramos. Estos tamaños se pueden adaptar al tipo de partícula a analizar. Se trata de que los capilares no sean mucho mayores que las partículas, para conseguir que estas pasen una a una.

En el trabajo, los científicos han realizado un primer experimento con micropartículas de sílice de entre 6 y 8 micras y micropartículas de polímero de unas 12,4 micras. En el primer experimento sabían exactamente lo que había en la muestra, lo que ha servido para calibrar el dispositivo. Después, lo han probado para diferenciar, con éxito, células tumorales de cáncer de mama (MCF-7) y células sanas (NCF-10A) del mismo tipo de tejido epitelial.

Lo han probado para diferenciar, con éxito, células tumorales de cáncer de mama (MCF-7) y células sanas (NCF-10A) del mismo tipo de tejido epitelial.

El trabajo demuestra que el sistema, que permite analizar unas 300 células por minuto, es eficaz diferenciando células del mismo tipo de tejido. Es una velocidad comparable a la citometría, aclara Ramos, una técnica muy habitual en medicina. Pero con este nuevo método se evita el paso previo de preparar y marcar la muestra. Es lo que se hace cuando se marcan células tumorales con anticuerpos monoclonales que transportan marcadores fluorescentes, lo que supone un tiempo y un costo añadido. De hecho, este dispositivo se podría acoplar con relativa facilidad a los citómetros de flujo actuales.

Portada de ACS sensors con el dispositivo destacado.El sistema también tiene ventajas sobre las técnicas actuales basadas en resonadores mecánicos huecos. Estos dispositivos, pese a ser muy sensibles, no permiten discriminar entre partículas diferentes que tienen masas boyantes similares. Lo que se hace en este caso es realizar múltiples medidas cambiando la densidad del líquido portador, lo que aumenta el coste y la complejidad del experimento. Pero si bien esto es posible con partículas inorgánicas, no lo es en el caso de muestras biológicas o ambientales.

Perspectivas y posibilidades

El diseño y desarrollo del dispositivo (que ha sido fabricado en la Sala Blanca del IMN), así como el diseño y el montaje del equipo de medida les ha llevado unos tres años y es parte de la tesis de Alberto Martín.

Entre sus próximos objetivos, el equipo se propone crear una base de datos con las masas de las posibles dianas (células, patógenos, micropartículas de diferentes materiales, etc.), que permita identificarlas después por esta variable.  Por el momento, el prototipo lo han aplicado a diferenciar entre dos líneas celulares. Pero la intención es desarrollar el equipo para poder diferenciar todos y cada uno de los componentes que pueden estar en una muestra. No importa cuál sea el fluido, siempre y cuando sea transparente, aclaran los investigadores.

Por otro lado, la combinación de capilares de diferente tamaño permitiría la selección de las partículas que entran en los capilares (una bacteria tiene unas 5 micras; mientras que una célula tiene alrededor de unas 20 micras). 

Por eso, el abanico de posibles aplicaciones parece ilimitado. Entre ellas, se plantean desde la detección de bacterias y patógenos, el diagnóstico de enfermedades, o la detección de contaminantes. Por ejemplo, en un hospital permitiría tener una detección rápida, en cuestión de minutos, de los patógenos presentes en una muestra, 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

Contacto:

Patricia Thomas Vielma
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