(PhysOrg.com) - Las microesponjas derivadas de algas marinas pueden ayudar a diagnosticar enfermedades cardíacas, cánceres El VIH y otras enfermedades de forma rápida y a un costo mucho menor que los métodos clínicos actuales. Las microesponjas son un componente esencial del Bio-Nano-Chip programable (PBNC) de Rice University y el foco de un nuevo artículo en la revista. Pequeña .

El documento de John McDevitt, el profesor Brown-Wiess de bioingeniería y química, y sus colegas de Rice's BioScience Research Collaborative ven el funcionamiento interno de las PBNC, que McDevitt concibe como una herramienta de diagnóstico médico convencional.

Las PBNC para diagnosticar una variedad de enfermedades son actualmente el foco de seis ensayos clínicos en humanos. McDevitt discutirá su desarrollo en la reunión anual de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS) en Washington. CORRIENTE CONTINUA., 17-21 de febrero.

Las PBNC capturan biomarcadores, moléculas que ofrecen información sobre la salud de una persona, que se encuentran en la sangre, saliva y otros fluidos corporales. Los biomarcadores están secuestrados en pequeñas esponjas colocadas en una serie de embudos en forma de pirámide invertida en el corazón del microprocesador de la PBNC del tamaño de una tarjeta de crédito.

Cuando se coloca una muestra de líquido en el dispositivo desechable, los canales de microfluidos lo dirigen a las esponjas, que se infunden con anticuerpos que detectan y capturan biomarcadores específicos. Una vez capturado, Pueden analizarse en minutos con un microscopio sofisticado y una computadora integrados en un portátil, lector del tamaño de una tostadora.

El proceso de captura de biomarcadores es objeto de la Pequeña papel. Las microesponjas son perlas de agarosa de 280 micrómetros, un barato, común, material apto para el laboratorio derivado de algas marinas y que a menudo se utiliza como matriz para el crecimiento de células vivas o la captura de proteínas.

La belleza de la agarosa es su capacidad para capturar una amplia gama de objetivos, desde biomarcadores de proteínas relativamente grandes hasta pequeños metabolitos de fármacos. En el laboratorio, la agarosa comienza como un polvo, como gelatina. Cuando se mezcla con agua caliente, se puede formar en geles o sólidos de cualquier tamaño. El tamaño de los poros y canales en agarosa se puede ajustar a la nanoescala.

El reto, McDevitt dijo:estaba definiendo un nuevo concepto para capturar y detectar biomarcadores de manera rápida y eficiente dentro de un circuito de microfluidos. La solución desarrollada en Rice es una red de microesponjas con tamaños de poros personalizados y nano-redes de fibras de agarosa. La calidad similar a una esponja permite procesar rápidamente una gran cantidad de líquido, mientras que la nano-red proporciona una gran superficie que se puede utilizar para generar señales ópticas 1, 000 veces mayor que los dispositivos convencionales del tamaño de un refrigerador. Los conjuntos de minisensores, él dijo, paquete de golpe máximo.

El equipo descubrió que las perlas de agarosa con un diámetro de aproximadamente 280 micrómetros son ideales para aplicaciones del mundo real y pueden producirse en masa de manera rentable. Estas perlas de agarosa conservan su eficacia para capturar biomarcadores, son fáciles de manejar y no requieren ópticas especializadas para ver.

McDevitt y sus colegas probaron perlas con poros de hasta 620 nanómetros y hasta 45 nanómetros de ancho. (Una hoja de papel es aproximadamente 100, 000 nanómetros de espesor.) Los poros cercanos a 140 nanómetros demostraron ser los mejores para permitir que las proteínas infundieran rápidamente las nano-redes internas de las perlas, una característica que permite a las PBNC realizar pruebas de detección de enfermedades en menos de 15 minutos.

El equipo informó sobre experimentos que utilizan dos biomarcadores, antígenos carcinoembrionarios y proteínas beta de interleucina-1 (y anticuerpos correspondientes para ambos), comprado por el laboratorio. Después de remojar las perlas en las soluciones de anticuerpos, los investigadores probaron su capacidad para reconocer y capturar sus biomarcadores coincidentes. En los mejores casos mostraron una eficiencia casi total (99,5 por ciento) en la detección de biomarcadores unidos a perlas.

McDevitt ha esperado durante algún tiempo que una perla tridimensional tuviera un mayor potencial para capturar y retener biomarcadores que el estándar para tales pruebas. la técnica de ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA). ELISA analiza los fluidos colocados en una serie de pozos de 6,5 milímetros que tienen una capa de material de captura de biomarcadores esparcida en la parte inferior. Obtener resultados a través de ELISA requiere un laboratorio lleno de equipos, él dijo.

"La cantidad de señal óptica que recibe generalmente depende del grosor de una muestra, "Dijo McDevitt." Agua, por ejemplo, se ve claro en un vaso pequeño, pero es azul en un océano o en un lago. La mayoría de los dispositivos clínicos modernos leen señales de muestras en superficies planas o curvas, que es como intentar ver el color azul del agua en un vaso. Es muy difícil."

En comparación, Las PBNC brindan a los investigadores un océano de información. "Creamos una microesponja de superficie ultra alta que recoge una gran cantidad de material, ", dijo." La esponja es como una medusa con tentáculos que capturan los biomarcadores ".

La perla de agarosa está diseñada para volverse invisible en el agua. "Eso lo convierte en un entorno ideal para capturar biomarcadores, porque la matriz no se interpone en la forma de visualizar los contenidos. Este es un buen uso de biomateriales novedosos que son tan baratos como la suciedad, sin embargo, ofrecen un rendimiento potente "Dijo McDevitt.

Según estudios previos, sólo una fracción - menos del 10 por ciento - de los anticuerpos de captura en las matrices ELISA "estándar de oro" todavía están activos cuando comienza una prueba. En comparación, casi todos los anticuerpos en las perlas de agarosa conservan su capacidad para detectar y capturar biomarcadores, Dijo McDevitt.

Por último, él dijo, Las PBNC permitirán pruebas de diagnóstico rentables para pacientes enfermos, si están en una sala de emergencias, en una ambulancia o incluso mientras reciben tratamiento en sus propios hogares. Aun mejor, Es posible que algún día los chips permitan realizar pruebas rápidas y sencillas de personas sanas para detectar los primeros signos de alerta de enfermedades.