Un equipo de científicos del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona y T.J. de IBM. Watson Research Center ha desarrollado un prototipo de lector de ADN que podría hacer que el perfil del genoma completo sea una práctica diaria en medicina.

"Nuestro objetivo es poner barato, dispositivos de diagnóstico de proteínas y ADN simples y potentes en el consultorio de cada médico, "dijo Stuart Lindsay, profesor de física de ASU y director del Centro de Biofísica de Moléculas Únicas de Biodesign. Dicha tecnología podría ayudar a marcar el comienzo de la era de la medicina personalizada, donde la información del ADN completo y los perfiles de proteínas de un individuo podría usarse para diseñar tratamientos específicos para su composición individual.

Esta tecnología revolucionaria es necesaria para hacer realidad la secuenciación del genoma. El obstáculo actual es hacerlo por menos de $ 1, 000, una cantidad por la cual es más probable que las compañías de seguros proporcionen un reembolso.

En su último avance en investigación, el equipo diseñó un pequeño Dispositivo de lectura de ADN miles de veces más pequeño que el ancho de un solo cabello humano.

El dispositivo es lo suficientemente sensible como para distinguir las bases químicas individuales del ADN (conocidas por sus letras abreviadas de A, C, T o G) cuando se bombean más allá del cabezal de lectura.

Se demostró una prueba de concepto, mediante el uso de soluciones de las bases de ADN individuales, que dio señales claras lo suficientemente sensibles como para detectar pequeñas cantidades de ADN (concentraciones nanomolares), incluso mejor que el estado actual de la técnica, la denominada tecnología de secuenciación de ADN de próxima generación.

Hacer el dispositivo de estado sólido es como hacer un sándwich, solo con herramientas semiconductoras de ultra alta tecnología que se utilizan para cortar y apilar las capas de carnes y quesos de tamaño atómico como el bloque de la carnicería. El secreto es cortar y apilar las capas así, convertir la información química del ADN en un cambio en la señal eléctrica.

Primero, hicieron un "sándwich" compuesto por dos electrodos metálicos separados por una capa aislante de dos nanómetros de espesor (un solo nanómetro es 10, 000 veces más pequeño que un cabello humano), fabricado mediante el uso de una tecnología de semiconductores llamada deposición de capa atómica.

Luego se corta un agujero a través del sándwich:las bases de ADN dentro del agujero se leen a medida que pasan por el espacio entre las capas de metal.

"La tecnología que hemos desarrollado podría ser solo el primer gran paso en la construcción de un dispositivo de secuenciación de una sola molécula basado en tecnología de chip de computadora común". "dijo Lindsay.

"Los intentos anteriores de hacer uniones de túnel para leer el ADN tenían un electrodo frente a otro a través de un pequeño espacio entre los electrodos, y los huecos tuvieron que ajustarse a mano. Esto hizo imposible utilizar métodos de fabricación de chips de computadora para fabricar dispositivos, "dijo Lindsay.

"Nuestro enfoque de definir el espacio usando una capa delgada de material dieléctrico (aislante) entre los electrodos y exponer este espacio perforando un agujero a través de las capas es mucho más fácil, ", dijo." Lo que es más, La tecnología de reconocimiento de túnel que hemos desarrollado nos permite crear un espacio relativamente grande (de dos nanómetros) en comparación con los espacios mucho más pequeños requeridos anteriormente para la lectura de la corriente del túnel (que tenían menos de un nanómetro de ancho). La capacidad de utilizar espacios más grandes para la construcción de túneles hace que la fabricación del dispositivo sea mucho más fácil y da a las moléculas de ADN espacio para pasar los electrodos ".

Específicamente, cuando pasa una corriente a través del nanoporo, a medida que pasa el ADN, provoca un pico en la corriente único para cada base química (A, C, T o G) dentro de la molécula de ADN. Se realizan algunas modificaciones más para pulir y terminar la fabricación del dispositivo.

El equipo encontró una variación considerable de dispositivo a dispositivo, por lo que se necesitará calibración para hacer que la tecnología sea más robusta. Y el gran paso final, reducir el diámetro del orificio a través del dispositivo al de una sola molécula de ADN, aún no se ha dado.

Pero en general, el equipo de investigación ha desarrollado un proceso de fabricación escalable para hacer un dispositivo que pueda funcionar de manera confiable durante horas seguidas, identificando cada una de las bases químicas del ADN mientras fluye a través del espacio de dos nanómetros.

El equipo de investigación también está trabajando para modificar la técnica para leer otras moléculas individuales, que podría utilizarse en una tecnología importante para el desarrollo de fármacos.

Los últimos desarrollos también podrían generar grandes negocios para ASU. Lindsay, apodado un "emprendedor en serie" por los medios, tiene una nueva empresa derivada, llamado Recognition Analytix, que espera seguir el éxito de Molecular Imaging Corp, una empresa de instrumentos similar que cofundó en 1993, y vendido a Agilent Technologies en 2005.

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de los Institutos Nacionales de Salud, Roche, y publicado en la revista ACS Nano .