Un dispositivo de diagnóstico portátil que los investigadores del Massachusetts General Hospital (MGH) desarrollaron por primera vez para diagnosticar el cáncer se ha adaptado para diagnosticar rápidamente la tuberculosis (TB) y otras bacterias infecciosas importantes. Dos artículos que aparecen en las revistas Comunicaciones de la naturaleza y Nanotecnología de la naturaleza describen dispositivos portátiles que combinan tecnología de microfluidos con resonancia magnética nuclear (RMN) no solo para diagnosticar estas importantes infecciones, sino también para determinar la presencia de cepas bacterianas resistentes a los antibióticos.

"La identificación rápida del patógeno responsable de una infección y las pruebas de la presencia de resistencia son fundamentales no solo para el diagnóstico, sino también para decidir qué antibióticos administrar a un paciente, "dice Ralph Weissleder, MARYLAND, Doctor, director del MGH Center for Systems Biology (CSB) y coautor principal de ambos artículos. "Estos métodos descritos nos permiten hacer esto en dos o tres horas, una gran mejora con respecto a la práctica de cultivo estándar, lo que puede tardar hasta dos semanas en proporcionar un diagnóstico ".

Los investigadores del MGH CSB desarrollaron previamente dispositivos portátiles capaces de detectar biomarcadores de cáncer en la sangre o en muestras de tejido muy pequeñas. Las células o moléculas diana se marcan primero con nanopartículas magnéticas, y la muestra se pasa luego a través de un micro sistema de RMN capaz de detectar y cuantificar los niveles del objetivo. Pero los esfuerzos iniciales para adaptar el sistema al diagnóstico bacteriano tuvieron problemas para encontrar anticuerpos, el método de detección utilizado en los estudios anteriores, que detectarían con precisión las bacterias específicas. En cambio, el equipo cambió para apuntar a secuencias específicas de ácidos nucleicos.

El sistema descrito en el Comunicaciones de la naturaleza papel, publicado el 23 de abril de detecta el ADN de la bacteria de la tuberculosis en pequeñas muestras de esputo. Una vez extraído el ADN de la muestra, Cualquiera de la secuencia diana que está presente se amplifica usando un procedimiento estándar, luego capturado por perlas de polímero que contienen secuencias de ácido nucleico complementarias y marcadas con nanopartículas magnéticas con secuencias que se unen a otras porciones del ADN diana. La bobina de RMN en miniatura incorporada en el dispositivo, que es aproximadamente del tamaño de un portaobjetos de laboratorio estándar, detecta cualquier ADN bacteriano de TB presente en la muestra.

Las pruebas del dispositivo en muestras de pacientes que se sabe que tienen TB y de controles sanos identificaron todas las muestras positivas sin falsos positivos en menos de tres horas. Los procedimientos de diagnóstico existentes pueden tardar semanas en proporcionar resultados y pueden pasar por alto hasta el 40 por ciento de los pacientes infectados. Los resultados fueron aún más sólidos para los pacientes infectados con TB y VIH, probablemente porque la infección con ambos patógenos conduce a niveles altos de la bacteria de la TB, y las sondas de ácido nucleico especializadas desarrolladas por el equipo de investigación pudieron distinguir cepas bacterianas resistentes al tratamiento.

los Nanotecnología de la naturaleza papel, emitido en línea hoy, describe un sistema similar que utiliza ARN ribosómico (ARNr), ya en uso como biomarcador bacteriano, como objetivo para el etiquetado de nanopartículas. Los investigadores desarrollaron tanto una sonda de ácido nucleico universal que detecta una región de ARNr común a muchas especies bacterianas como un conjunto de sondas que se dirigen a secuencias específicas de 13 patógenos clínicamente importantes. incluso steotococos neumonia , Escherichia coli y resistente a la meticilina Staphylococcus aureus (MRSA).

El dispositivo era lo suficientemente sensible como para detectar tan solo una o dos bacterias en una muestra de sangre de 10 ml y para estimar con precisión la carga bacteriana. La prueba del sistema en muestras de sangre de pacientes con infecciones conocidas identificó con precisión la especie bacteriana particular en menos de dos horas y también detectó dos especies que no habían sido identificadas con técnicas de cultivo estándar.

Si bien ambos sistemas requieren un mayor desarrollo para incorporar todos los pasos en sellados, dispositivos independientes, reducir el riesgo de contaminación, Weissleder señala que el tamaño pequeño y la facilidad de uso de estos dispositivos los hacen ideales para su uso en países en desarrollo. "Las interacciones magnéticas en las que se basa la detección de patógenos son muy fiables, independientemente de la calidad de la muestra, lo que significa que la purificación extensa, que sería difícil en entornos con recursos limitados, no es necesaria. La capacidad de diagnosticar la tuberculosis en cuestión de horas podría permitir tomar decisiones sobre pruebas y tratamientos dentro de la misma visita a la clínica. que puede ser crucial para controlar la propagación de la tuberculosis en los países en desarrollo ".

Hakho Lee, Doctor, del Centro MGH de Biología de Sistemas. coautor principal de ambos artículos, señala que el sistema también tendrá importantes aplicaciones en los países desarrollados. "La capacidad del sistema no solo para identificar especies bacterianas sino también para diferenciar factores como la resistencia a los antibióticos ayudará a los médicos a tratar a los pacientes con los medicamentos 'correctos' desde el principio, lo que también ayuda a reducir la aparición de cepas resistentes al tratamiento. El hecho de que este dispositivo solo requiera una pequeña gota de la muestra para analizar será útil en los casos en que las muestras puedan ser difíciles de obtener. como tratar a niños o personas mayores ".