Los investigadores de Stanford han desarrollado un nuevo microchip biosensor que podría acelerar significativamente el proceso de desarrollo de fármacos. Los microchips repleto de "nanosensores de alta sensibilidad, "analizar cómo se unen las proteínas entre sí, un paso crítico para evaluar la efectividad y los posibles efectos secundarios de un medicamento potencial.

Una matriz de nanosensores del tamaño de un solo centímetro puede monitorear simultánea y continuamente miles de veces más eventos de unión a proteínas que cualquier sensor existente. El nuevo sensor también es capaz de detectar interacciones con mayor sensibilidad y entregar resultados significativamente más rápido que el método actual "estándar de oro".

"Puede acomodar miles, incluso decenas de miles, de diferentes proteínas de interés en el mismo chip y ejecutar los experimentos de unión a proteínas de una sola vez, "dijo Shan Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y de ingeniería eléctrica, quien dirigió el esfuerzo de investigación.

"En teoria, en una prueba, podría observar la afinidad de un fármaco por cada proteína del cuerpo humano, "dijo Richard Gaster, Candidato a MD / PhD en bioingeniería y medicina, quien es el primer autor de un artículo que describe la investigación que fue publicada en línea este mes por Nanotecnología de la naturaleza .

El poder de la matriz de nanosensores radica en dos avances. Primero, el uso de nanoetiquetas magnéticas adheridas a la proteína que se está estudiando, como un medicamento, aumenta en gran medida la sensibilidad de la monitorización.

Segundo, un modelo analítico que desarrollaron los investigadores les permite predecir con precisión el resultado final de una interacción basándose en solo unos minutos de datos de seguimiento. Las técnicas actuales generalmente monitorean no más de cuatro interacciones simultáneas y el proceso puede llevar horas.

"Creo que su tecnología tiene el potencial de revolucionar la forma en que hacemos bioensayos, "dijo P.J. Utz, profesor asociado de medicina (inmunología y reumatología) en el Centro Médico de la Universidad de Stanford, que no participó en la investigación.

Los miembros del grupo de investigación de Wang desarrollaron la tecnología de nanosensores magnéticos hace varios años y demostraron su sensibilidad en experimentos en los que demostraron que podía detectar un biomarcador proteico asociado al cáncer en sangre de ratón a una milésima parte de la concentración que las técnicas disponibles comercialmente podrían detectar. Esa investigación se describió en un artículo de 2009 en Medicina de la naturaleza .

Los investigadores adaptan las nanoetiquetas para que se adhieran a la proteína en particular que se está estudiando. Cuando una proteína equipada con nanotag se une con otra proteína que está unida a un nanosensor, la nanoetiqueta magnética altera el campo magnético ambiental alrededor del nanosensor de una manera pequeña pero distinta que es detectada por el detector.

"Digamos que estamos buscando un medicamento contra el cáncer de mama, "Dijo Gaster." El objetivo del fármaco es unirse a la proteína diana en las células del cáncer de mama con la mayor fuerza posible. Pero también queremos saber:¿con qué fuerza se une ese fármaco de forma aberrante a otras proteínas del cuerpo? "

Para determinar eso, los investigadores colocarían proteínas del cáncer de mama en la matriz de nanosensores, junto con proteínas del hígado, pulmones, riñones y cualquier otro tipo de tejido que les preocupe. Luego, agregarían el medicamento con sus nanoetiquetas magnéticas adheridas y verían con qué proteínas se une el medicamento y con qué fuerza.

"Podemos ver con qué fuerza se une el fármaco a las células del cáncer de mama y también con qué fuerza se une a otras células del cuerpo humano, como el hígado, riñones y cerebro, "Dijo Gaster." Para que podamos comenzar a predecir los efectos adversos de este fármaco sin siquiera ponerlo en un paciente humano ".

Es la mayor sensibilidad a la detección que viene con las nanoetiquetas magnéticas lo que permite a Gaster y Wang determinar no solo cuándo se forma un enlace, pero también su fuerza.

"La velocidad a la que una proteína se une y se libera, dice qué tan fuerte es el vínculo, "Dijo Gaster. Ese puede ser un factor importante con numerosos medicamentos.

"Me sorprende la sensibilidad que lograron, ", Dijo Utz." Están detectando entre 10 y 1, 000 moléculas y eso para mí es bastante sorprendente ".

El nanosensor se basa en el mismo tipo de sensor que se utiliza en los discos duros de las computadoras, Dijo Wang.

"Debido a que nuestro chip se basa completamente en la tecnología y los procedimientos microelectrónicos existentes, la cantidad de sensores por área es altamente escalable con muy poco costo, " él dijo.

Aunque los chips utilizados en el trabajo descrito en el Nanotecnología de la naturaleza el papel tenía un poco más de 1, 000 sensores por centímetro cuadrado, Wang dijo que no debería ser un problema colocar decenas de miles de sensores en el mismo espacio.

"Se puede escalar a más de 100, 000 sensores por centímetro, sin siquiera empujar los límites de la tecnología en la industria de la microelectrónica, " él dijo.

Wang dijo que ve un futuro brillante para matrices de nanosensores cada vez más potentes, ya que la infraestructura tecnológica para fabricar tales matrices de nanosensores está en su lugar hoy.

"El siguiente paso es combinar esta tecnología con un fármaco específico que está en desarrollo, "Dijo Wang." Esa será la aplicación realmente decisiva de esta tecnología ".