Invención de ‘IBM Lab-on-a-Chip’ se propone ayudar a médicos a detectar cáncer y otras enfermedades a nanoescala
Científicos
de IBM han desarrollado una nueva tecnología de ‘laboratorio en un chip’ que
puede, por primera vez, separar partículas biológicas a nanoescala y podría
permitir a los médicos detectar enfermedades como el cáncer antes de que
aparezcan los síntomas.
Según
lo informado por el equipo de IBM, sería posible separar biopartículas sobre la
base de su tamaño de hasta 20 nanómetros (nm) de diámetro; una escala que da
acceso a partículas importantes como ADN, virus y exosomas. Una vez separadas,
estas partículas potencialmente pueden ser analizadas por médicos para revelar
signos de enfermedad, incluso antes de que los pacientes experimenten los
síntomas físicos, en una etapa en la cual el resultado del tratamiento puede
ser más positivo. Hasta ahora, la biopartícula más pequeña que se podía separar
por tamaño al utilizar tecnologías en un chip era aproximadamente 50 veces más
grande o incluso mayor, por ejemplo, la separación de células tumorales
circulantes, de otros componentes biológicos.
IBM
está colaborando con un equipo de la Icahn School of Medicine en Mount Sinai
para continuar el desarrollo de esta tecnología lab-on-a-chip y planea probarla
con el cáncer de próstata, el cáncer más común en hombres en los EE.UU.
En
la era de la medicina de precisión, los exosomas son considerados cada vez más
como biomarcadores útiles para el diagnóstico y pronóstico de tumores malignos
por lo que representan una herramienta biomédica valiosa. Además, al ser liberados en fluidos corporales
de fácil acceso como sangre, saliva u orina pueden usarse en el contexto de
biopsias líquidas menos invasivas para revelar el origen y tipo de cáncer.
Los
exosomas varían en tamaño de 20 a 140 nm y contienen información sobre la salud
de la célula que los origina. La determinación del tamaño, las proteínas en
superficie y la carga de ácido nucleico de los exosomas puede dar información
esencial sobre la presencia y el estado de un cáncer y otras enfermedades que
evolucionan.
Los
resultados de IBM muestran que sería posible separar y detectar partículas de
20 nm de partículas más pequeñas, que los exosomas de 100 nm y tamaños mayores
podrían ser separados de exosomas más pequeños, y que la separación puede tener
lugar a pesar de la difusión, un rasgo distintivo de la dinámica de partículas
en todas estas escalas pequeñas. Con Mt. Sinai, el equipo de IBM planea
confirmar que su dispositivo es capaz de captar exosomas con biomarcadores
específicos del cáncer en biopsias líquidas de pacientes.
“La
capacidad de clasificar y enriquecer biomarcadores a nanoescala en tecnologías
basadas sobre un chip abre la puerta a comprender enfermedades como el cáncer y
virus como la gripe o el Zika,” explicó Gustavo Stolovitzky, Director del
Programa de Biología de Sistemas Traslacionales y Nanobiotecnología de IBM
Research. “Nuestro dispositivo lab-on-a-chip podría ofrecer una opción simple,
no invasiva y de costo accesible para potencialmente detectar y monitorear una
enfermedad incluso en sus etapas más tempranas, mucho antes de que se
manifiesten los síntomas físicos. Esta cantidad de tiempo extra permite a los
médicos tomar decisiones más informadas y cuando el pronóstico para el
tratamiento es más positivo.”
Con
la capacidad de clasificar biopartículas a nanoescala, Mt. Sinai espera que la
tecnología de IBM pueda proporcionar un nuevo método para inspeccionar los
mensajes transportados por los exosomas en las comunicaciones entre células.
Esto puede contribuir a responder grandes interrogantes sobre la biología de
las enfermedades, además de allanar el camino para herramientas de diagnóstico
en el punto de atención, no invasivas y potencialmente accesibles. Un
seguimiento periódico de esta conversación intercelular podría permitir a los
expertos médicos rastrear el estado de salud de una persona o el avance de una
enfermedad.
Clasificando
biopartículas a nanoescala
Las
tecnologías lab-on-a-chip se han convertido en una herramienta de diagnóstico
muy útil para los médicos, ya que pueden ser mucho más veloces, portables y
fáciles de usar, y requieren menos volumen de muestra para ayudar a detectar
enfermedades. El objetivo es reducir a un único chip de silicio todos los
procesos necesarios para analizar una enfermedad, algo que se llevaría a cabo
en un laboratorio de bioquímica completo.
Utilizando
una tecnología denominada desplazamiento lateral determinista a nanoescala, o
nano-DLD, los científicos de IBM Dr. Joshua Smith y Dr. Benjamin Wunsch
lideraron el desarrollo de una tecnología lab-on-a-chip que permite que una
muestra líquida pase, en un flujo continuo, a través de un chip de silicio que
contiene un conjunto de pilares asimétricos. Este conjunto permite al sistema
clasificar una cascada microscópica de nanopartículas, separando las partículas
por tamaño hasta una resolución de decenas de nanómetros. IBM ya ha reducido el
tamaño del chip a 2 cm por 2 cm, al tiempo que continúa el desarrollo para
aumentar la densidad del dispositivo a fin de mejorar la funcionalidad y la
productividad.
