Estás sudando y con fiebre y no tienes idea de por qué. Afortunadamente, Los científicos de Sandia National Laboratories tienen un dispositivo que puede identificar qué está mal en menos de una hora.

A diferencia de la mayoría de los dispositivos de diagnóstico médico que solo pueden realizar un tipo de prueba, ya sea de proteínas o de ácido nucleico, el SpinDx de Sandia ahora puede realizar ambos. Esto le permite identificar casi cualquier causa de enfermedad, incluidos los virus, bacterias toxinas o marcadores del sistema inmunológico de exposición a agentes químicos.

La nueva incorporación de un elemento calefactor permite a SpinDx realizar pruebas de ácido nucleico, que buscan códigos genéticos que se encuentran en cualquier tipo de virus, parásitos o bacterias. La tecnología también puede detectar proteínas toxínicas al mismo tiempo, y determinar si están activos o no, una distinción fundamental para adaptar correctamente el nivel de respuesta médica.

La portabilidad del dispositivo, asequibilidad, La rapidez y la fiabilidad son fundamentales para abordar los brotes de enfermedades infecciosas en los lugares más afectados por ellas y menos capaces de costear un laboratorio con instrumentos tradicionales. En las naciones en desarrollo, la diarrea es la segunda causa principal de muerte en niños menores de 5 años, según informes de la Organización Mundial de la Salud. Estas muertes se pueden prevenir en gran medida cuando se detectan las causas y se administra el tratamiento temprano.

Ayudar a salvar estas vidas es la razón por la que los científicos de Sandia decidieron probar las nuevas capacidades de SpinDx en las posibles causas de las enfermedades diarreicas. La investigación de Sandia muestra que SpinDx detecta con éxito tanto las toxinas que causan la diarrea como las bacterias en las muestras de heces. Los resultados de estas pruebas se publicaron recientemente en la revista Biosensores y bioelectrónica .

Girando hacia soluciones

SpinDx se parece un poco a un reproductor de DVD dentro de una caja de plástico resistente a la intemperie. Cuenta con un disco desechable que distribuye gotas de crudo, muestras biológicas sin procesar en diferentes canales que funcionan, según el químico de Sandia, Chung-Yan Koh, como "docenas de diminutos tubos de ensayo".

Este paso de distribución automática es un gran ahorro de tiempo. Chris Phaneuf, explica un ex bioingeniero de Sandia, "en lugar de tener que colocar las muestras procesadas una por una en docenas de cámaras diminutas, puede cargar una muestra sin procesar en una sola, puerto central que distribuye uniformemente su muestra en todos los canales ". Phaneuf es ahora ingeniero senior de fluidos en Illumina en San Diego, donde desarrolla tecnologías para la investigación genética.

Cuando el disco gira, las muestras interactúan con los reactivos de prueba dentro de los canales, y, como dice Phaneuf, "si hay una coincidencia, se adjuntarán ". En otras palabras, si hay una interacción química entre la muestra y el reactivo, un láser rojo hace que la punta del canal brille, señalizar un agente infeccioso a una interfaz de software que muestra el resultado.

Anteriormente, SpinDx solo realizaba pruebas de proteínas, que buscan tanto proteínas como anticuerpos específicos de patógenos. Los anticuerpos son proteínas fabricadas por el sistema inmunológico en respuesta a infecciones. Cuando los virus luego desaparecen de la sangre, los anticuerpos que los eliminaron aún son detectables. Las pruebas de proteínas también pueden identificar toxinas letales como la neurotoxina botulínica, una cucharadita de la cual tiene el potencial de matar a alrededor de 100 millones de personas, según Phaneuf.

Iluminando los síntomas con una LÁMPARA

Gracias a su nuevo elemento calefactor y a la capacidad de realizar un nuevo ensayo, SpinDx puede realizar pruebas de ácido nucleico capaces de identificar el virus o la bacteria responsable de causar síntomas como la diarrea. "Es mucho más rápido detectar el patógeno causante en una muestra que esperar a que un cuerpo produzca anticuerpos contra una infección, ", Dijo Phaneuf." Ser capaz de hacer ambos tipos de pruebas pinta la imagen más completa de lo que hay en el sistema de una persona ".

Las pruebas virales convencionales (a través de la reacción en cadena de la polimerasa o PCR) requieren calentar y enfriar una muestra biológica muchas veces para multiplicar cualquier ADN o ARN viral a niveles detectables. Phaneuf y Koh implementaron un nuevo esquema de análisis y detección desarrollado por Sandia en la actualización de SpinDx, que utiliza química que requiere que la muestra se caliente solo una vez.

En otros sistemas, El método de amplificación isotérmica mediada por bucle (LAMP) para calentar una muestra se lleva a cabo encima de un pequeño bloque de calentamiento que crea un único, temperatura uniforme dentro de un dispositivo. SpinDx utiliza un pequeño emisor de calor infrarrojo que se sitúa en la parte superior del dispositivo, apuntando a la parte del disco giratorio que realiza la prueba y a ningún otro lugar.

Poder controlar el flujo de calor permite diferentes zonas de temperatura dentro de SpinDx, permitiendo las pruebas simultáneas de ácidos nucleicos y proteínas. Las pruebas de ácido nucleico requieren una temperatura que normalmente destruiría las proteínas de una muestra.

Una revolución en el diagnóstico

SpinDx ha sido autorizado por socios de la industria (consulte la página 34) para usos tan diversos como pruebas de fertilidad masculina y monitoreo de la seguridad del suministro de agua. Con sus nuevas capacidades, la tecnología tiene el potencial de mejorar los problemas de diagnóstico en entornos de todo el mundo, y no solo para los humanos.

Phaneuf describió un virus altamente contagioso que asola cabras y ovejas en partes del mundo donde esos animales son fundamentales para el sustento de las personas. Estas comunidades a menudo no tienen acceso a un laboratorio, pero esta herramienta podría diagnosticar rápidamente a sus animales y permitir un tratamiento adecuado.

Sandia también está utilizando actualmente la tecnología para la investigación de aplicaciones tan diversas como la bioenergía y la detección de armas químicas. En el primer caso, Los científicos están usando SpinDx para buscar depredadores que podrían causar el colapso de las algas que se cultivan para biocombustibles y productos químicos renovables.

En este último caso, Koh está probando a los soldados para ver si están expuestos a agentes de guerra química. El proyecto financiado por la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa utilizará SpinDx para buscar biomarcadores de exposición. El control de la temperatura en esta investigación es fundamental, porque hace que la prueba sea más precisa, Dijo Koh.

Además, hay una ventana muy corta para el tratamiento en caso de que un soldado se exponga a un agente químico. La velocidad con la que SpinDx puede ofrecer resultados podría ayudar a garantizar que el tratamiento se administre a tiempo para que sea eficaz.

La capacidad de realizar con precisión todas estas pruebas al mismo tiempo en un dispositivo portátil y leer los resultados en una hora o menos diferencia a SpinDx de otros sistemas disponibles. Tradicionalmente, Estos resultados han requerido un laboratorio bien equipado con técnicos experimentados.

Koh y Phaneuf dicen que les gustaría ver baterías y paneles solares agregados a SpinDx, haciéndolo implementable en casi cualquier lugar. Incluso podría algún día ayudar a un médico a determinar rápidamente si sus síntomas de enfermedad se deben a la gripe, tu comida, o algo completamente diferente.