Zehra Parlak mira su dispositivo de diagnóstico de prueba de principio en el punto de atención, la fundación de su empresa emergente llamada Qatch. Crédito:Universidad de Duke
Una empresa emergente basada en tecnología con licencia de la Universidad de Duke busca interrumpir una porción de mil millones de dólares de la industria del diagnóstico en el punto de atención al aprovechar una característica que antes se consideraba un defecto:la rugosidad de la superficie.
Muchos dispositivos de diagnóstico que capturan biomarcadores suspendidos en la sangre dependen de moléculas fluorescentes para su detección. Si bien este método es popular en los diagnósticos de uso comercial, existen métodos alternativos y potencialmente más poderosos. Estos métodos, sin embargo, actualmente están restringidos a entornos de laboratorio.
Uno de estos métodos utiliza materiales piezoeléctricos:materiales que crean una corriente eléctrica cuando se tensan o vibran y, en cambio, vibrar cuando se conecta a una corriente alterna. Debido a que la frecuencia de las vibraciones cambia cuando las moléculas se adhieren a la superficie, los investigadores pueden atrapar y detectar las proteínas o anticuerpos específicos que indican una determinada enfermedad.
Los dispositivos piezoeléctricos actuales se basan en prácticas de fabricación precisas que producen una superficie perfectamente lisa, ya que la aspereza puede alterar las delicadas medidas. Esta restricción, combinado con la necesidad de volúmenes de muestra relativamente grandes y amplios requisitos de control ambiental, ha impedido que se adopten en el diagnóstico clínico, aunque tienen el potencial de volverse muy sensibles, herramientas de diagnóstico portátiles.
Al introducir un tipo de rugosidad a medida, sin embargo, Zehra Parlak, un ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Stefan Zauscher, el profesor de la familia Sternberg de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en Duke, cree que ha encontrado una solución mejor.
"Iba a entrevistas de trabajo el verano pasado cuando una bombilla se encendió en mi cabeza, ", dijo Zehra Parlak." He estado trabajando en el concepto desde 2013, Simplemente no vi la aplicación comercial hasta ese momento, y he estado trabajando para desarrollar una empresa a su alrededor desde entonces ".
Apodado "Qatch Technologies, "El nombre de la empresa recuerda al cristal de cuarzo utilizado en su fabricación y al" factor de calidad "que controla. La idea de Parlak es introducir pequeños microcanales en el dispositivo de detección, multiplicando el área de superficie a la que pueden adherirse los biomarcadores por 1000 veces y cambiando la forma en que la vibración del cristal reacciona a la sangre.
La idea es por supuesto, más complicado de lo que parece. Los líquidos se acoplan al detector de manera diferente en microcanales que si simplemente se exponen en la superficie del dispositivo. En lugar de ser un estorbo, sin embargo, Parlak utilizó esta propiedad para diseñar una plataforma optimizada. Aunque los detalles están actualmente protegidos, el resultado es un dispositivo de diagnóstico sensible que es mucho más pequeño y más robusto que las opciones actuales en el mercado y requiere solo una fracción de la sangre necesaria para la prueba.
Stefan Zauscher (izquierda) y Zehra Parlak (derecha). Crédito:Universidad de Duke
La National Science Foundation (NSF) cree que está en algo, haber otorgado a Qatch Technologies y la Universidad de Duke un premio de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (STTR). Este año $ 225, 000 subvenciones se destinan a proyectos de alto riesgo, ideas de alta recompensa para financiar la solidificación de la idea y la formación de un plan de negocios.
Parlak también recibió orientación y apoyo de Jesko von Windheim, profesor de la práctica de Emprendimiento e Innovación Ambiental en Duke, y William Walker, Director de Empresas Empresariales de Duke's Mattson Family.
"Lo que distingue a nuestro dispositivo de todo lo que se hizo antes es la forma en que se fabrican estos sensores:el material, el diseño y el tamaño, ", dijo Parlak." Al obtener toda la física aplicada y el modelado correctamente, somos capaces de caracterizar volúmenes de líquido extremadamente pequeños ".
La primera aplicación que abordará Qatch Technologies es la coagulación sanguínea. Los pacientes que toman anticoagulantes deben controlar de cerca su sangre para minimizar los riesgos de hemorragia. Los cirujanos que realizan cirugías en estructuras de alto flujo sanguíneo deben asegurarse de que el sitio se coagule antes de concluir el procedimiento. Las pruebas actuales son rápidas pero inexactas debido a la presencia de células sanguíneas o muy precisas pero lentas y más invasivas debido al proceso requerido para eliminar dichas células sanguíneas.
Los sensores de Qatch son especialmente adecuados para esta aplicación. Los microcanales filtran automáticamente las células sanguíneas, solo dejando atrás el plasma que proporciona los resultados más precisos. El líquido se introduce en los canales a través de la acción capilar. no necesita ningún tipo de bomba. Los resultados se obtienen simplemente midiendo el voltaje generado por las vibraciones del sensor, no se requieren cámaras ni ópticas voluminosas. Y toda la prueba requiere solo 1 microlitro de sangre, aproximadamente el tamaño de un cristal de sal promedio, lo que hace que el proceso de adquisición de una muestra sea tan simple como un pequeño pinchazo en el dedo.
"Lo que hace que la investigación de Qatch sobre sensores de microfluidos sea tan prometedora es el potencial de unir la conveniencia de las pruebas de sangre completa con la calidad de laboratorio de las pruebas basadas en plasma, "dijo Ara Metjian, hematólogo y profesor asistente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke, que ayudará a probar el nuevo dispositivo. "La oportunidad de impactar la atención médica de millones de personas de una manera positiva es emocionante".
Después de trabajar con la coagulación sanguínea, Parlak espera avanzar hacia el campo más amplio de la detección de biomarcadores para el diagnóstico.
"Con la pequeña cantidad de sangre necesaria para esta tecnología, es como buscar a una persona específica en un ascensor frente a un salón de banquetes gigante, "dijo Zauscher, quien es co-inventor de la tecnología y dirigirá los esfuerzos de investigación de la subvención STTR en Duke. "Esta es una tecnología de plataforma que podría usarse para detectar una amplia variedad de enfermedades y afecciones. Todos los detalles se han demostrado en el laboratorio y se comprenden bien a través de modelos informáticos. Esta subvención ayudará a Zehra a juntarlos en una palma de la mano. -prototipo de tamaño ".