Las células secretan paquetes a nanoescala llamados exosomas que transportan mensajes importantes de una parte del cuerpo a otra. Los científicos del MIT y otras instituciones ahora han ideado una forma de interceptar estos mensajes, que podría usarse para diagnosticar problemas como cáncer o anomalías fetales.

Su nuevo dispositivo utiliza una combinación de microfluidos y ondas sonoras para aislar estos exosomas de la sangre. Los investigadores esperan incorporar esta tecnología en un dispositivo portátil que pueda analizar muestras de sangre de pacientes para un diagnóstico rápido. sin involucrar el engorroso y lento método de ultracentrifugación que se usa comúnmente en la actualidad.

"Estos exosomas a menudo contienen moléculas específicas que son una firma de ciertas anomalías. Si los aísla de la sangre, puedes hacer análisis biológicos y ver lo que revelan, "dice Ming Dao, científico investigador principal del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT y autor principal del estudio, que aparece en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 18 de septiembre.

Los autores principales del artículo también incluyen a Subra Suresh, presidente designado de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, Profesor Emérito de Ingeniería Vannevar Bush del MIT, y ex decano de ingeniería en MIT; Tony Jun Huang, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Universidad de Duke; y Yoel Sadovsky, directora del Magee-Women's Research Institute. El autor principal del artículo es el estudiante graduado de Duke, Mengxi Wu.

Clasificando con sonido

En 2014, el mismo equipo de investigadores informó por primera vez que podían separar las células exponiéndolas a ondas de sonido mientras fluían a través de un canal diminuto. Esta técnica ofrece una alternativa más suave a otras tecnologías de clasificación de células, que requieren marcar las células con productos químicos o exponerlas a fuerzas mecánicas más fuertes que pueden dañarlas.

Desde entonces, los investigadores han demostrado que esta tecnología se puede utilizar para aislar raras, células tumorales circulantes de una muestra de sangre. En su nuevo estudio, se dispusieron a capturar exosomas. Estas vesículas, que suelen tener entre 30 y 150 nanómetros de diámetro, puede transportar proteínas, ARN, u otras moléculas celulares importantes.

Estudios anteriores han revelado que el contenido de exosomas puede servir como marcadores de trastornos como el cáncer, enfermedad neurodegenerativa, y enfermedad renal, entre otros. Sin embargo, Los métodos existentes para aislar exosomas requieren centrifugación a alta velocidad, que tarda casi 24 horas en realizarse, utilizando una máquina grande que no sea portátil. Las altas fuerzas centrífugas también pueden dañar las vesículas.

"Las ondas sonoras acústicas son mucho más suaves, "Dice Dao." Estas partículas están experimentando las fuerzas durante solo un segundo o menos mientras se separan, lo cual es una gran ventaja ".

El dispositivo de clasificación de células acústicas original de los investigadores consiste en un canal de microfluidos expuesto a dos transductores acústicos inclinados. Cuando las ondas sonoras producidas por estos transductores se encuentran entre sí, forman ondas estacionarias que generan una serie de nodos de presión. Cada vez que una célula o partícula fluye a través del canal y se encuentra con un nodo, la presión guía la celda un poco más fuera del centro. La distancia del movimiento de la celda depende del tamaño y otras propiedades como la compresibilidad, lo que permite separar celdas de diferentes tamaños cuando llegan al final del canal.

Para aislar exosomas, los investigadores construyeron un dispositivo con dos de esas unidades en tándem. En el primero, Las ondas sonoras se utilizan para extraer células y plaquetas de una muestra de sangre. Una vez que se eliminan las células y las plaquetas, la muestra entra en una segunda unidad de microfluidos, que utiliza ondas sonoras de una frecuencia más alta para separar los exosomas de las vesículas extracelulares ligeramente más grandes.

Usando este dispositivo, se tarda menos de 25 minutos en procesar una muestra de sangre sin diluir de 100 microlitros.

"La nueva técnica puede abordar los inconvenientes de las tecnologías actuales para el aislamiento de exosomas, como un largo tiempo de respuesta, inconsecuencia, bajo rendimiento, contaminación, y la incierta integridad del exosoma, "Dice Huang." Queremos que la extracción de exosomas de alta calidad sea tan simple como presionar un botón y obtener las muestras deseadas en 10 minutos ".

"Este trabajo proporciona una forma novedosa de capturar exosomas de muestras de fluidos humanos a través de una combinación única de microfluidos y acústica, utilizando tecnologías de microfabricación de última generación, "Dice Suresh." La capacidad de este método para separar estas vesículas a nanoescala, esencialmente sin alterar sus características biológicas o físicas, ofrece atractivas posibilidades para desarrollar nuevas formas de evaluar la salud humana, así como la aparición y progresión de enfermedades ".

Una firma clara

El equipo de investigación ahora planea usar esta tecnología para buscar biomarcadores que puedan revelar estados de enfermedad. Tienen una subvención conjunta de los Institutos Nacionales de Salud para buscar marcadores relacionados con embarazos anormales, y creen que la tecnología también podría usarse para ayudar a diagnosticar otras condiciones de salud.

"La nueva tecnología acústico-fluídica tiene el potencial de mejorar drásticamente el proceso de aislamiento de exosomas y otras vesículas extracelulares de la sangre y otros fluidos corporales, "Dice Sadovsky." Esto agregará una nueva dimensión a la investigación sobre la 'biopsia líquida, 'y facilitar el uso clínico de las vesículas extracelulares para informar sobre la fisiología y la salud de los órganos de difícil acceso, como la placenta durante el embarazo humano ".