La dificultad para detectar pequeñas cantidades de enfermedades que circulan en el torrente sanguíneo ha demostrado ser un obstáculo en la detección y el tratamiento de cánceres que avanzan sigilosamente con pocos síntomas. Con un novedoso dispositivo biosensor electroquímico que identifica las señales más pequeñas que emiten estos biomarcadores, un par de inventores de NJIT esperan cerrar esta brecha.

Su trabajo en la detección de enfermedades es una ilustración del poder de la detección eléctrica y del papel cada vez más importante de los ingenieros en la investigación médica.

"Idealmente, habría un simple, prueba económica, realizada en una visita regular al paciente en ausencia de síntomas específicos, para detectar algunos de los más silenciosos, cánceres mortales, "dice Bharat Babu Nunna, un doctorado reciente. graduado que trabajó con Eon Soo Lee, un profesor asistente de ingeniería mecánica, desarrollar un biochip mejorado con nanotecnología para detectar cánceres, malaria y enfermedades virales como la neumonía al principio de su progresión con un análisis de sangre por punción.

Su dispositivo incluye un canal de microfluidos a través del cual una pequeña cantidad de sangre extraída fluye a través de una plataforma de detección cubierta con agentes biológicos que se unen con biomarcadores específicos de enfermedades en los fluidos corporales como la sangre. lágrimas y orina, lo que activa un nanocircuito eléctrico que señala su presencia.

En una investigación publicada recientemente en Nano Covergence , Nunna y sus coautores demostraron el uso de nanopartículas de oro para mejorar la respuesta de la señal del sensor de su dispositivo en la detección del cáncer. entre otros hallazgos.

Una de las principales innovaciones del dispositivo es la capacidad de separar el plasma sanguíneo de la sangre completa en sus canales de microfluidos. El plasma sanguíneo lleva los biomarcadores de la enfermedad y, por lo tanto, es necesario separarlo para mejorar la "relación señal / ruido" con el fin de lograr una prueba de alta precisión. El dispositivo independiente analiza una muestra de sangre en dos minutos sin necesidad de equipo externo.

"Nuestro enfoque detecta biomoléculas de enfermedades específicas a la concentración a escala femto, que es más pequeña que la escala nano e incluso pico, y es similar a buscar un planeta en un cúmulo de galaxias. La tecnología de detección actual se limita a concentraciones mil veces mayores. El uso de una plataforma a nanoescala nos permite identificar estos niveles más bajos de enfermedad, "Nunna dice, agregando, "Y al separar el plasma de la sangre, somos capaces de concentrar los biomarcadores de enfermedades ".

En otro artículo reciente en BioNanoScience , Nunna, Lee y sus coautores detallaron sus hallazgos sobre las variaciones en la sensibilidad basadas en el flujo de microfluidos.

Nunna es ahora investigadora postdoctoral en la Escuela de Medicina de Harvard, donde está ampliando su experiencia en plataformas de microfluidos, usándolos en una investigación de órgano en el chip realizada con Su Ryon Shin, un investigador principal e instructor en el Departamento de Medicina de la facultad de medicina que desarrolla organoides bioimpresos en 3-D (órganos artificiales compuestos de células cultivadas dentro de hidrogeles estructurados) para experimentación médica.

"Soy el principal responsable de desarrollar los dispositivos de microfluidos que automatizarán el proceso de bioimpresión de órganos 3-D que se incorporarán en un chip para varios propósitos. Tengo la tarea, por ejemplo, con el desarrollo de una plataforma automatizada para el análisis de toxicidad y eficacia de fármacos a largo plazo para rastrear el cáncer de hígado y los biomarcadores cardíacos. Integraré el biosensor de microfluidos con el modelo de cáncer de hígado y corazón en un chip para un control continuo, " él dice.

Al medir las concentraciones de biomarcadores secretadas por órganos bioimpresos en 3D inyectados con fármacos, podemos estudiar los efectos de los fármacos en varios órganos sin dañar a un paciente vivo. La creación de órganos artificiales nos permite experimentar libremente ".

Por el camino, él añade, el trabajo en Harvard podría potencialmente aplicarse a la medicina regenerativa. "El objetivo es desarrollar organoides bioimpresos tridimensionales completamente funcionales y tejidos tridimensionales clínicamente relevantes para abordar el problema de la escasez de donantes en el trasplante".

Nunna dice que su investigación en la Facultad de Medicina de Harvard ampliará su conocimiento de microfluidos programables y técnicas precisas de detección electroquímica. lo que a su vez lo ayudará a avanzar en su tecnología de biochip. El objetivo es simple, ensayo estándar para el diagnóstico de cáncer que evita los pasos de diagnóstico complejos.

Lee y Nunna han estado trabajando con oncólogos en Weill Cornell Medicine y Hackensack Medical Center para identificar aplicaciones clínicas. Como está diseñado actualmente, el dispositivo proporcionaría resultados tanto cualitativos como cuantitativos de los antígenos del cáncer en muestras de sangre, proporcionar información sobre la presencia y la gravedad del cáncer. Su siguiente paso, él dice, será ampliar la plataforma para detectar múltiples enfermedades utilizando una sola muestra de sangre obtenida con un pinchazo.

"Aunque la tecnología sanitaria se considera una tecnología de rápida evolución, todavía hay muchas necesidades insatisfechas que deben abordarse. Diagnosticar enfermedades potencialmente mortales en las primeras etapas es la clave para salvar vidas y mejorar los resultados del tratamiento de los pacientes. " él dice, agregando, "Existe una gran necesidad de tecnología sanitaria, incluida una plataforma de diagnóstico universal que puede proporcionar resultados instantáneos en el consultorio del médico y en otros lugares de atención ".

Nunna es cofundadora y científica investigadora principal de Abonics, C ª., una startup formada por Lee para comercializar su dispositivo. Es nombrado co-inventor con Lee en tres patentes de biochips publicadas y seis patentes adicionales que ahora están siendo revisadas por la Oficina de Patentes y Marcas Registradas de EE. UU. Su tecnología ha obtenido el respaldo financiero del programa I-Corps de la National Science Foundation y la New Jersey Health Foundation (NJHF), una corporación sin fines de lucro que apoya los mejores programas de investigación biomédica y educación relacionada con la salud en Nueva Jersey.

"Tal como lo conocemos, la detección temprana puede mejorar significativamente los resultados del tratamiento para los pacientes, "explicó George F. Heinrich, MARYLAND., vicepresidente y director ejecutivo de NJHF, al anunciar el premio. "En la actualidad, los médicos confían en dispositivos de diagnóstico que requieren un mínimo de cuatro horas de preparación de muestras a través de centros de diagnóstico centralizados en lugar de sus oficinas locales ".

En 2017, Nunna recibió el "Premio al mejor diseño en innovaciones en el cuidado de la salud e innovaciones en el punto de atención" en la conferencia de Innovación en el cuidado de la salud y tecnologías en el punto de atención de la Sociedad de Ingeniería en Medicina y Biología. celebrada en la sede del Instituto Nacional de Salud en Bethesda, MARYLAND. Ese mismo año, la tecnología recibió el premio nacional de innovación en la Conferencia y Exposición Mundial de Innovación TechConnect, una reunión anual de oficinas de transferencia de tecnología, compañías, y empresas de inversión que se reúnen para identificar tecnologías prometedoras de todo el mundo.