Los investigadores del Laboratorio de Dispositivos Pequeños del MIT han desarrollado un conjunto de bloques modulares que se pueden unir de diferentes formas para producir dispositivos de diagnóstico. Estos dispositivos "plug-and-play", que requieren poca experiencia para ensamblar, puede analizar los niveles de glucosa en sangre en pacientes diabéticos o detectar una infección viral, entre otras funciones.

"Nuestra motivación a largo plazo es permitir que los pequeños laboratorios de bajos recursos para generar sus propias bibliotecas de diagnósticos plug-and-play para tratar a sus poblaciones de pacientes locales de forma independiente, "dice Anna Young, codirector del Laboratorio de Dispositivos Pequeños del MIT, profesor del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas, y uno de los autores principales del artículo.

Usando este sistema, llamados bloques Ampli, el equipo del MIT está trabajando en dispositivos para detectar el cáncer, así como el virus del Zika y otras enfermedades infecciosas. Los bloques son económicos, cuesta alrededor de 6 centavos por cuatro bloques, y no requieren refrigeración ni manipulación especial, haciéndolos atractivos para su uso en el mundo en desarrollo.

"Vemos estos kits de construcción como una forma de reducir las barreras para hacer tecnología médica, "dice José Gómez-Márquez, codirector del Laboratorio de Pequeños Dispositivos y autor principal del artículo.

Elizabeth Phillips '13, un estudiante de posgrado en la Universidad de Purdue, también es autor principal del artículo, que aparece en la revista Materiales avanzados para el cuidado de la salud el 16 de mayo. Otros autores incluyen a Kimberly Hamad-Schifferli, profesor asociado de ingeniería en la Universidad de Massachusetts en Boston y científico invitado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT; Nikolas Albarran, un ingeniero senior en el Laboratorio de Pequeños Dispositivos; Jonah Butler, un junior del MIT; y Kaira Lujan, un ex alumno visitante en el Laboratorio de Pequeños Dispositivos.

Diagnósticos personalizados

En la última década, muchos investigadores han estado trabajando en pequeños dispositivos de diagnóstico portátiles basados ​​en reacciones químicas que ocurren en tiras de papel. Muchas de estas pruebas utilizan tecnología de flujo lateral, que es el mismo enfoque que se utiliza en las pruebas de embarazo caseras.

A pesar de estos esfuerzos, tales pruebas no se han implementado ampliamente. Un obstáculo dice Gómez-Márquez, es que muchos de estos dispositivos no están diseñados teniendo en cuenta la capacidad de fabricación a gran escala. Otra es que las empresas pueden no estar interesadas en producir en masa un diagnóstico para una enfermedad que no afecta a un gran número de personas.

Los investigadores de Little Devices Lab se dieron cuenta de que podrían poner estos diagnósticos en manos de muchas más personas si creaban un kit de componentes modulares que se pueden unir para generar exactamente lo que el usuario necesita. Con ese fin, Han creado alrededor de 40 bloques de construcción diferentes que los trabajadores de laboratorio de todo el mundo podrían ensamblar fácilmente por su cuenta. justo cuando la gente comenzó a ensamblar sus propias radios y otros dispositivos electrónicos a partir de "tableros de pruebas" electrónicos disponibles comercialmente en la década de 1970.

"Cuando salió el tablero electrónico, eso significaba que la gente no tenía que preocuparse por construir sus propias resistencias o condensadores. Podrían preocuparse por para qué querían realmente usar la electrónica, que es hacer todo el circuito, "Dice Gómez-Márquez.

En este caso, los componentes consisten en una hoja de papel o fibra de vidrio intercalada entre un bloque de plástico o metal y una cubierta de vidrio. Los bloques que son aproximadamente media pulgada en cada borde, pueden encajar a lo largo de cualquier borde. Algunos de los bloques contienen canales para que las muestras fluyan directamente, algunos tienen turnos, y algunos pueden recibir una muestra de una pipeta o mezclar varios reactivos.

Los bloques también pueden realizar diferentes funciones bioquímicas. Muchos contienen anticuerpos que pueden detectar una molécula específica en una muestra de sangre u orina. Esos anticuerpos se adhieren a nanopartículas que cambian de color cuando la molécula objetivo está presente, indicando un resultado positivo.

Estos bloques se pueden alinear de diferentes formas, permitiendo al usuario crear diagnósticos basados ​​en una reacción o una serie de reacciones. En un ejemplo, los investigadores combinaron bloques que detectan tres moléculas diferentes para crear una prueba de ácido isonicotínico, que puede revelar si los pacientes con tuberculosis están tomando su medicación.

Los bloques están codificados por colores por función, facilitando el montaje de dispositivos prediseñados siguiendo las instrucciones que los investigadores planean poner en línea. También esperan que los usuarios desarrollen y contribuyan con sus propias especificaciones a la guía en línea.

Mejor presentación

Los investigadores también demostraron que, de alguna manera, estos bloques pueden superar a las versiones anteriores de los dispositivos de diagnóstico en papel. Por ejemplo, descubrieron que podían pasar una muestra de un lado a otro sobre una tira reactiva varias veces, mejorando la señal. Esto podría facilitar la obtención de resultados fiables a partir de muestras de orina y saliva. que suelen estar más diluidas que las muestras de sangre, pero son más fáciles de obtener de los pacientes.

"Estas son cosas que no se pueden hacer con las pruebas de flujo lateral estándar, porque no son modulares, solo puede ejecutarlos una vez, "dice Hamad-Schifferli.

El equipo ahora está trabajando en pruebas para el virus del papiloma humano, malaria, y la enfermedad de Lyme, entre otros. También están trabajando en bloques que pueden sintetizar compuestos útiles, incluyendo drogas, así como bloques que incorporan componentes eléctricos como LEDs.

El objetivo final es poner la tecnología en manos de pequeños laboratorios tanto en países industrializados como en desarrollo. para que puedan crear sus propios diagnósticos. El equipo del MIT ya los envió a laboratorios en Chile y Nicaragua, donde se han utilizado para desarrollar dispositivos para monitorear la adherencia del paciente al tratamiento de la tuberculosis y para probar una variante genética que hace que la malaria sea más difícil de tratar.

Catherine Klapperich, decano asociado de investigación y profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston, dice que el trabajo del equipo del MIT ayudará a que el proceso de diseño de diagnóstico sea más inclusivo.

"Al reducir las barreras para diseñar nuevos fluidos de papel en el punto de atención, el trabajo invita a no expertos y sin duda dará lugar a nuevas ideas y colaboraciones en entornos de todo el mundo, "dice Klapperich, que no participó en la investigación. "Las demostraciones prácticas del sistema que se presentan aquí están preparadas para ser de utilidad inmediata, mientras que las posibilidades de que otros desarrollen la herramienta son grandes ".

Los investigadores ahora están investigando técnicas de fabricación a gran escala, y esperan lanzar una empresa para fabricar y distribuir los kits en todo el mundo.

"Estamos emocionados de abrir la plataforma a otros investigadores para que puedan usar los bloques y generar sus propias reacciones, "Dice Young.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.