Cuando es necesario medir el recuento de glóbulos blancos, normalmente implica viajes a clínicas y equipos costosos para el análisis. Del mismo modo, comprobar la calidad del agua en busca de contaminantes puede ser un proceso largo.
Pero ahora los investigadores de Tufts están ideando formas de realizar algunas de estas pruebas que reducen considerablemente los costos y las hacen más disponibles. Están usando algo omnipresente:papel. Sus innovadoras pruebas en papel para monitorear la salud personal y la seguridad ambiental eliminan la necesidad de costosos equipos de laboratorio y pueden ser realizadas por cualquier persona, en cualquier lugar.
Conocidos como dispositivos analíticos en papel, pueden fabricarse a bajo costo, almacenarse durante largos períodos de tiempo, distribuirse para su uso en áreas remotas y usarse para recopilar información crítica cuando y donde más se necesita. Cada uno de ellos también representa una plataforma tecnológica que puede ampliarse para medir otros marcadores de salud y medio ambiente.
Tome una de las mediciones más importantes en el cuidado de la salud:el recuento de células sanguíneas. La medición de los glóbulos blancos por sí sola da pistas sobre todo, desde infecciones hasta enfermedades autoinmunes y cáncer. Aunque la recolección de muestras (una extracción de sangre) parece simple, requiere una visita a una clínica y acceso a laboratorios clínicos centralizados para su análisis. Grandes poblaciones de personas (aquellas que están confinadas en sus hogares o viven en lugares remotos) no tienen ese acceso.
Charlie Mace, profesor asociado de química, pensó en una forma de ayudar. Él y su equipo crearon un dispositivo de papel llamado tarjeta estampada de manchas de sangre seca, en la que el papel está diseñado con canales y zonas de recolección que miden volúmenes definidos de sangre y la dejan secar en el lugar para su posterior análisis. La investigación se publica en la revista Analytical Chemistry. .
Todo lo que los usuarios deben hacer es recolectar sangre en casa con un pinchazo en el dedo y enviar la muestra a un laboratorio, que mide la cantidad de ADN exclusivo de los glóbulos blancos e indica la cantidad de células presentes.
"Ya existen métodos para recolectar sangre en tarjetas de papel, pero adolecen de imprecisión porque tanto el material como el usuario introducen variaciones que afectan el volumen de sangre medido", dijo Mace. "Las tarjetas estampadas resuelven ese problema, y la forma en que medimos los recuentos (con instrumentos que cuantifican el ADN en lugar de células completas) significa que no dependemos de que las células lleguen intactas".
A través de colaboraciones locales, el trabajo de Mace en este y otros dispositivos analíticos en papel ha llegado a Sudáfrica, Ghana y otros países africanos, así como a América del Sur. "Las personas en regiones remotas y de bajos ingresos tienden a tener un acceso reducido a la atención médica, lo que hace aún más importante encontrar formas más baratas y fáciles de monitorear los indicadores de salud", dijo Mace.
"Es probable que esta tecnología tenga aplicaciones adicionales en enfermedades infecciosas, como la detección de niveles de virus y parásitos en la sangre y, en general, la detección de marcadores de salud y bienestar".
Un indicador sudoroso de salud
Fiorenzo Omenetto, profesor de ingeniería Frank C. Doble, y su equipo en el Silklab de la Universidad de Tufts crearon un dispositivo analítico de papel que puede medir el lactato, también conocido como ácido láctico, en el sudor. Se publicó un artículo sobre esta innovación en Advanced Sensor Research. .
Las mediciones de lactato pueden indicar deficiencia de oxígeno y usarse como predictor de mortalidad en pacientes traumatizados. Para atletas o trabajadores en condiciones físicamente estresantes, el lactato proporciona una medida cuantitativa de la fatiga muscular, así como de los niveles de condición física y acondicionamiento.
Omenetto utilizó tintas biorreactivas derivadas de la fibroína de seda (el componente básico de las fibras de seda) combinadas con enzimas que procesan el lactato para desencadenar un cambio de color cuando está presente.
Las tintas se imprimen en pequeñas pestañas circulares de papel, que se pegan a la piel mediante una película transparente común que se utiliza para apósitos para heridas. El color de las pestañas cambia de amarillo a rojo oscuro según la concentración de lactato en el sudor. Esos cambios de color se miden utilizando la cámara de un teléfono inteligente y tienen una precisión comparable a los resultados obtenidos con costosos equipos de laboratorio.
"La fibroína de seda tiene una capacidad notable para estabilizar las enzimas en la tinta, por lo que los parches tienen una vida útil muy larga:más de dos años en refrigeración hasta ahora", dijo Elisabetta Ruggeri, EG25, quien dirigió el desarrollo de los dispositivos de papel. "El método se puede ampliar para crear tintas que midan otros elementos en el sudor y obtener un perfil más completo de la salud y el rendimiento de la persona con un panel de pestañas de papel. Es como llevar un laboratorio en la piel".
En todo el mundo, la mala calidad del agua y las enfermedades transmitidas por el agua son problemas graves y afectan a millones de personas. Ahora Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica e informática, y el Nano Lab de la Universidad de Tufts han desarrollado un novedoso dispositivo analítico de papel que puede detectar y medir la contaminación bacteriana en el agua. Esta investigación fue publicada en ACS Sensors .
El método utiliza nanopartículas de oro adheridas a un antibiótico llamado polimixina que se une a las bacterias gramnegativas, las sospechosas habituales de la contaminación del agua. Cuando hay bacterias presentes, se unen y agregan las partículas de oro en el dispositivo. A medida que las partículas de oro se acumulan, comienzan a cambiar su color de un rosa rojizo a un azul. Una cámara de teléfono inteligente y una aplicación disponible en el mercado llamada ColorAssist permiten medir el cambio de color y cuantificar el nivel de bacterias en la muestra.
De hecho, en el mismo dispositivo analítico de papel, los investigadores crearon otra zona de recolección que cuantifica la presencia de nitrito, otro contaminante peligroso en el agua. La impresión y fusión en un patrón de cera crea zonas y canales de prueba en el dispositivo de papel. De esta manera, se podría diseñar un dispositivo para detectar una gran cantidad de contaminantes diferentes en una muestra de agua.
El uso de nanopartículas de oro, en lugar de enzimas o anticuerpos, garantiza que las pruebas en papel sean estables y puedan almacenarse durante períodos prolongados sin refrigeración. A pesar de consistir básicamente en una hoja de papel y un teléfono inteligente, las pruebas son comparables en precisión a las pruebas comerciales y de laboratorio.
Estos dispositivos de papel para la calidad del agua, económicos y fáciles de usar, tienen muchas ventajas, especialmente para monitorear el agua en áreas remotas del mundo donde falta infraestructura de saneamiento.
Los dispositivos de papel también pueden monitorear el agua utilizada para lavar los productos y alertar a los usuarios sobre cualquier patógeno potencialmente dañino transmitido por los alimentos. Para los militares, el acceso a agua potable es fundamental para las operaciones, y una prueba en papel sencilla, ligera y económica para determinar la calidad del agua podría ser un activo vital.
El dispositivo de papel de Sonkusale también tiene aplicaciones de salud más allá de probar la calidad del agua. "Desafortunadamente, la detección de infecciones del tracto urinario es un problema muy común, especialmente entre las mujeres y los ancianos", afirmó. "Podemos poner una prueba en papel fácil de usar en manos de todos los pacientes susceptibles y, con una detección temprana, salvar muchas vidas, ya que la infección a menudo puede progresar a sepsis si no se detecta a tiempo".
Más información: Allison J. Tierney et al, El muestreo independiente del hematocrito permite recuentos de glóbulos blancos a partir de tarjetas de muestras de sangre seca modeladas, Química analítica (2024). DOI:10.1021/acs.analchem.3c04439
Elisabetta Ruggeri et al, Parches portátiles en papel para monitorización cuantitativa del lactato en tiempo real, Investigación de sensores avanzados (2023). DOI:10.1002/adsr.202300141
Kawin Khachornsakkul et al, Dispositivo analítico de papel microfluídico basado en nanomateriales de oro para la cuantificación simultánea de bacterias gramnegativas e iones nitrito en muestras de agua, Sensores ACS (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c01769
Información de la revista: Sensores ACS , Química Analítica
Proporcionado por la Universidad de Tufts
