Prueba rápida y económica en papel cuantifica simultáneamente múltiples biomarcadores cardíacos

Las pruebas de laboratorio centralizadas han sido durante mucho tiempo el método de referencia para diagnosticar enfermedades comunes. Sin embargo, este método a menudo requiere equipos médicos costosos y procedimientos complejos que solo pueden ser realizados por profesionales altamente capacitados dentro de un centro médico. Estos factores prolongan el tiempo de prueba y dificultan la aplicación generalizada de diagnósticos en áreas remotas y con pocos recursos debido al acceso limitado a los laboratorios centrales. En respuesta a estos desafíos, se desarrollaron sensores de punto de atención (POC) como herramientas de diagnóstico alternativas, que se caracterizan por su simplicidad, operación rápida, tamaño compacto y asequibilidad. El tipo más frecuente de pruebas POC son los sensores basados en papel, también conocidos como ensayos de flujo lateral (LFA), donde el líquido de muestra inyectado fluye horizontalmente y reacciona con regiones específicas de prueba (líneas de prueba) para generar, por ejemplo, un cambio de color. A pesar de su facilidad de uso y rentabilidad, los LFA existentes tienen ciertos inconvenientes, como una menor sensibilidad y desafíos con las pruebas multiplexadas para biomarcadores de enfermedades.

Para abordar estas deficiencias, los investigadores de la Universidad de California (UCLA, Los Ángeles, CA, EUA) diseñaron un nuevo biosensor basado en papel que utiliza un análisis de flujo vertical multiplexado fluorescente para medir rápida y simultáneamente tres biomarcadores cardíacos a partir de muestras de suero humano. El diseño de flujo vertical de este nuevo sensor POC basado en papel permite múltiples regiones de prueba con hasta 100 puntos de prueba individuales en un solo cartucho desechable. El potente sensor funciona con solo una pequeña gota de suero y puede ser utilizado fácilmente por una persona con mínima capacitación en menos de 15 minutos por paciente. Junto con sus capacidades de multiplexación, el sensor basado en papel también cuenta con una alta sensibilidad, logrando un límite de detección superior a ~0,5 ng/mL para cada biomarcador, menos de una mil millonésima parte de medio gramo por mililitro de suero.

Además, los investigadores de la UCLA han creado un lector de fluorescencia portátil de bajo costo basado en un teléfono móvil y una línea de análisis de señales asistida por aprendizaje profundo para cuantificar de forma automática y precisa los tres biomarcadores objetivo de una manera fácil de usar. El equipo probó su sensor multiplexado basado en papel para la cuantificación de tres biomarcadores del síndrome coronario agudo (SCA), incluida la mioglobina, la creatina quinasa-MB (CK-MB) y la proteína de unión a ácidos grasos de tipo cardíaco (FABP). El SCA es una afección cardiovascular que exige un diagnóstico rápido en situaciones de emergencia, y estos marcadores diana se liberan en el torrente sanguíneo poco después de la aparición de los síntomas. El sensor basado en papel recientemente desarrollado se evaluó en muestras de suero humano y las concentraciones medidas para los tres biomarcadores cardíacos se alinearon bien con las mediciones de referencia obtenidas por una prueba de laboratorio estándar. Dada su precisión, velocidad, facilidad de uso y asequibilidad, este sensor multiplexado basado en papel y habilitado para aprendizaje profundo ofrece una atractiva opción de prueba POC para diversas aplicaciones en entornos remotos y con recursos limitados.

“En comparación con un método de calibración lineal de uso común, nuestro análisis basado en el aprendizaje profundo se beneficia del poder de aproximación de funciones de las redes neuronales para aprender relaciones no triviales entre las señales de fluorescencia multiplexadas del sensor basado en papel y las concentraciones de analitos subyacentes en el suero”, dijo Artem Goncharov, estudiante de postgrado del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UCLA. “Como resultado, tenemos mediciones cuantitativas precisas para los tres biomarcadores de interés a pesar del ruido de fondo presente en las muestras de suero clínico”.

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Universidad de California