Llamado ExoArc, el dispositivo puede lograr una alta pureza del plasma sanguíneo eliminando más del 99,9 % de las células sanguíneas y plaquetas de forma precisa y suave en un solo paso.

Esto acelerará enormemente el análisis clínico de las moléculas de ADN y ARN libres de células, así como de las nanopartículas comúnmente conocidas como vesículas extracelulares. Estas partículas se utilizan a menudo para detectar biomarcadores que son signos reveladores específicos de ciertos cánceres y enfermedades.

Actualmente, la única forma de aislar el plasma sanguíneo es mediante el uso de una centrífuga, que hace girar muestras de sangre a altas velocidades para separar las células sanguíneas del plasma.

Sin embargo, incluso después de dos rondas de centrifugado, todavía habrá algunas células y plaquetas presentes en el plasma sanguíneo que pueden descomponerse o degradarse, liberando biocontenido adicional, lo que genera materiales no deseados que afectan la precisión de las pruebas de diagnóstico. .

Como prueba de concepto, el equipo construyó un prototipo de dispositivo portátil (que mide 30 cm x 20 cm x 30 cm) para albergar el chip ExoArc (3,5 cm x 2,5 cm x 0,3 cm), que tiene una gran interfaz de pantalla táctil para ajustar la configuración. así como bombas internas y tuberías para el procesamiento de muestras de sangre y recolección del plasma sanguíneo aislado.

Junto con científicos clínicos del Centro Nacional del Cáncer de Singapur (NCCS), el Hospital Tan Tock Seng (TTSH) y la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR), el equipo validó clínicamente ExoArc analizando el perfil de microARN del plasma sanguíneo. en personas sanas y pacientes con cáncer utilizando un panel de biomarcadores y descubrió que era capaz de diagnosticar cáncer de pulmón de células no pequeñas con una sensibilidad del 90 %.

Como innovación, ExoArc tiene actualmente dos solicitudes de patente presentadas a través de NTUitive, la empresa empresarial e innovadora de NTU, y los resultados de su estudio se publicaron recientemente en ACS Nano. .

El científico principal del estudio, el profesor asociado de NTU, Hou Han Wei, dijo que el equipo tenía como objetivo encontrar una solución más rápida que pudiera reemplazar la centrífuga y al mismo tiempo producir plasma de alta calidad para la detección y la investigación de enfermedades.

"Han pasado casi 160 años desde la invención de la primera centrífuga y unos 50 años desde que las modernas centrífugas de alta velocidad se convirtieron en una herramienta estándar en los laboratorios para preparar muestras de sangre. A pesar de estos avances, la separación de líquidos complejos como la sangre, que comprende varios tipos de células y una amplia gama de materiales biológicos, sigue siendo un desafío", explicó el profesor asociado Hou, ingeniero biomédico de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y la Escuela de Medicina Lee Kong Chian (LKCMedicine).

"Al aprovechar el fenómeno de flujo único en canales diminutos en un chip que tiene aproximadamente el tamaño de una moneda de un dólar, ahora podemos separar de manera eficiente pequeños materiales biológicos según su tamaño sin utilizar membranas físicas ni filtros. Hemos transformado esta innovadora tecnología en un dispositivo del tamaño aproximado de una pequeña impresora de escritorio, que incluye chips de plástico desechables para evitar la contaminación cruzada en pruebas clínicas."

El coautor del artículo, el profesor Darren Lim, consultor principal de la División de Oncología Médica del NCCS y director de investigación del Centro Pulmonar SingHealth Duke-NUS, explicó la importancia del plasma sanguíneo de alta calidad.

"Reducir la contaminación de las células sanguíneas degradadas es crucial para la precisión de las pruebas de diagnóstico. Nuestro estudio muestra que este dispositivo permite diagnósticos clínicos más rápidos y precisos, disminuyendo significativamente el tiempo de espera para los resultados de las pruebas, reduciendo la ansiedad de los pacientes y, en última instancia, mejorando su atención general. Esto es particularmente importante para el tratamiento del cáncer", afirmó el profesor Lim.

En otra demostración de su amplia aplicación, el equipo utilizó ExoArc para estudiar moléculas de microARN de muestras de plasma sanguíneo de individuos sanos y de personas con diabetes mellitus tipo 2 mediante la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (PCR).

A partir de un solo tubo de sangre, identificaron 293 moléculas de microARN diferentes. El equipo de investigación también descubrió que el perfil de microARN de plasmas y vesículas extracelulares de individuos con diabetes tipo 2 tenía una composición diferente en comparación con los participantes sanos. Esto sugiere el potencial de ExoArc para ayudar a aislar e identificar biomarcadores relacionados con enfermedades.

El profesor asociado Rinkoo Dalan, consultor principal especializado en diabetes y endocrinología en el Hospital Tan Tock Seng, dijo que los resultados iniciales son prometedores y muestran el potencial de ExoArc para ayudar a impulsar la medicina de precisión.

"Esta tecnología puede ayudar a los médicos a predecir y gestionar mejor las complicaciones de enfermedades metabólicas crónicas como la diabetes, al proporcionar información más precisa, oportuna e individualizada. Al detectar biomarcadores específicos con precisión, podemos adaptar los tratamientos a las necesidades únicas de cada paciente, mejorando potencialmente los resultados. y mejorar la calidad de la atención", afirmó el profesor adjunto Dalan, que también es profesor de LKCmedicine.

ExoArc frente a centrífuga convencional

El método actual de referencia para aislar el plasma sanguíneo se basa en centrifugadoras, que no son infalibles y dependen en gran medida de la habilidad de los técnicos que extraen manualmente el plasma después de cada centrifugado.

Incluso después de dos rondas de centrifugación, que pueden durar hasta una hora, pueden quedar células biológicas residuales en el plasma, lo que podría contaminar las pruebas de ARN y dar lugar a resultados inexactos.

Una de las razones clave es que los análisis de sangre son urgentes y requieren procesamiento en un día o incluso unas pocas horas para evitar la rápida degradación del material biológico de las células. Esta degradación introduce ADN, ARN o vesículas adicionales en el plasma, lo que puede distorsionar los resultados de las pruebas.

Los laboratorios suelen esperar a acumular varias muestras de sangre antes de utilizar la centrífuga, lo que prolonga el proceso de aislamiento varias horas. Este retraso, combinado con la duración prolongada de la centrifugación y la variabilidad del operador, a veces dificulta la comparación de hallazgos científicos entre diferentes laboratorios de investigación.

A diferencia de la máquina centrífuga que generalmente procesa múltiples tubos de muestras de sangre, la tecnología ExoArc se puede ampliar diseñando múltiples canales para aislar simultáneamente el plasma sanguíneo a medida que se reciben las muestras de sangre en clínicas u hospitales de una manera más rápida y consistente.

En el futuro, este proceso podría automatizarse en un solo paso, lo que reduciría significativamente el tiempo necesario para preparar las muestras para las pruebas y agilizará el proceso de diagnóstico, lo que podría ayudar a reducir el costo general. Al ajustar el límite de tamaño, esta tecnología de plataforma también se puede utilizar para aislar bacterias o virus de la sangre u otros biofluidos.

El desarrollo de ExoArc está respaldado por una subvención de prueba de concepto y prueba de valor del NTUitive Gap Fund, en el marco de la iniciativa NTU Innovation and Entrepreneurship. Esta iniciativa busca convertir la investigación en innovaciones prácticas que aborden los desafíos sociales, como el envejecimiento de la población, y generen importantes beneficios económicos para Singapur.