Dispositivo pequeño detecta material genético relacionado con enfermedades en 45 minutos

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y los inmunoensayos en tiempo real se utilizan ampliamente para obtener diagnósticos precisos, pero presentan limitaciones importantes. Su dependencia de procesos que requieren mucho tiempo, termocicladores costosos y personal capacitado los hace poco prácticos para la respuesta rápida a brotes, la detección temprana del cáncer o su uso en la atención primaria, especialmente en entornos con recursos limitados. Para superar estas barreras, los investigadores han presentado un dispositivo compacto, del tamaño de la palma de la mano, que evita los pasos de amplificación convencionales y convierte directamente las señales biológicas en fragmentos de ADN detectables mediante una cascada de nucleasas en tándem.

Desarrollada por científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS, Singapur), esta innovadora plataforma se llama NAPTUNE, abreviatura de Nucleic Acids and Protein biomarkers Testing via Ultra-sensitive Nucleases Escalation (Pruebas de biomarcadores de ácidos nucleicos y proteínas mediante escalada de nucleasas ultrasensibles). El sistema fue diseñado como un verdadero ensayo en el punto de atención que puede detectar niveles extremadamente bajos de marcadores de enfermedades de ácidos nucleicos y proteínas en menos de 45 minutos. Según los hallazgos publicados en Nature Communications, elimina la necesidad de infraestructura de laboratorio o preparación compleja de muestras. NAPTUNE opera utilizando una cascada enzimática de dos etapas. La primera etapa aprovecha APE1, una enzima humana de reparación de ADN, para identificar sitios abásicos (AP) diseñados dentro de un dúplex reportero. Esta enzima escinde el dúplex y libera cadenas guía de ADN fosforiladas en 5'. En la segunda etapa, estas guías de ADN activan una proteína Argonauta estable al calor derivada de Pyrococcus furiosus (PfAgo), que luego escinde sondas extintoras de fluoróforos en una reacción en cadena. La fluorescencia resultante es directamente proporcional a la concentración del objetivo de la enfermedad.

Este sistema de relé enzimático mejora drásticamente la sensibilidad de detección, desde el rango femtomolar alcanzable solo con APE1 hasta el rango attomolar (10⁻¹⁸ M), estableciendo un nuevo estándar para la detección sin amplificación. Para garantizar la portabilidad y facilidad de uso de la tecnología, los investigadores miniaturizaron el ensayo NAPTUNE en un tubo desechable equipado con un calentador a batería y un lector de fluorescencia con Bluetooth. Con un peso inferior a 200 gramos, el dispositivo transmite los resultados del diagnóstico en tiempo real a una aplicación móvil, lo que lo hace ideal para el rastreo de virus, la detección del cáncer y otros usos clínicos fuera de los laboratorios tradicionales. Actualmente, el equipo de la NUS está validando la plataforma NAPTUNE para la detección de tuberculosis mediante muestras de esputo. También están explorando kits de reactivos liofilizados que puedan soportar climas tropicales y trabajando en formatos adicionales, como lecturas electroquímicas y de flujo lateral. Estos esfuerzos buscan acelerar el lanzamiento comercial de la herramienta y ampliar su aplicación en el diagnóstico descentralizado en todo el mundo.

“Al encadenar dos nucleasas naturales en un circuito ortogonal, logramos una sensibilidad comparable a la de la PCR sin necesidad de usar un termociclador”, afirmó el profesor adjunto de la NUS, Chunyi HU. “Nuestra visión es poner el diagnóstico de laboratorio directamente en manos del personal sanitario comunitario”.

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Universidad Nacional de Singapur