Prueba biomédica POC hace girar una gota de agua utilizando ondas sonoras para detección del cáncer

Los exosomas, pequeñas biopartículas celulares que transportan un conjunto específico de proteínas, lípidos y materiales genéticos, desempeñan un papel crucial en la comunicación celular y son prometedores para el diagnóstico no invasivo. Tradicionalmente, los exosomas se aíslan mediante centrifugación por ultrasonidos, un proceso que requiere ocho horas o más, requiere grandes volúmenes de muestra y, a menudo, daña la integridad de estas delicadas estructuras. Los métodos alternativos también presentan desafíos, incluida la baja pureza y rendimiento. Ahora, los investigadores han ideado una técnica de diagnóstico que emplea ondas sonoras para hacer girar una sola gota de agua a velocidades que alcanzan las 6.000 revoluciones por minuto, facilitando así la separación de pequeñas partículas biológicas para diagnósticos basados en exosomas.

Este novedoso método implica un disco liviano encima de la gota que gira y presenta canales grabados que incorporan nanopartículas en forma de estrella diseñadas para la identificación de exosomas sin etiquetas. Este método supera a las técnicas tradicionales en eficiencia, requiere menos tiempo y volúmenes de muestra más pequeños, y minimiza el daño a los exosomas. Representa un avance significativo con respecto al costoso equipo que se utiliza actualmente para el aislamiento de exosomas, allanando el camino para aplicaciones en el punto de atención, incluidos bioensayos de precisión y diagnóstico del cáncer.

Imagen: Alcanzando velocidades de hasta 6.000 rpm, esta centrífuga forma la base de un nuevo tipo de prueba biomédica POC económica (Fotografía cortesía de la Universidad de Duke)

Desarrollada por ingenieros mecánicos de la Universidad de Duke (Durham, Carolina del Norte, EUA), la tecnología utiliza una gota de agua colocada dentro de un anillo de polidimetilsiloxano (un material de silicona utilizado frecuentemente en microfluidos) para confinar los límites del agua y mantenerla en su lugar. Los generadores de ondas sonoras colocados a ambos lados del dispositivo emiten ondas acústicas superficiales que hacen que la gota gire rápidamente. Encima de la gota se coloca un disco con canales grabados en su superficie. A medida que la gota gira, los exosomas son dirigidos hacia los extremos de los canales, separándolos de proteínas y contaminantes más pequeños.

Para detectar la presencia de biomarcadores específicos, los investigadores utilizaron un enfoque tecnológico que une sondas de ADN denominadas "centinelas moleculares inversas" a las puntas de nanopartículas de oro en forma de estrella. Estas uniones naturalmente quieren enrollarse, pero se mantienen rectas mediante un segmento de ADN que está diseñado para unirse al microARN objetivo que se está analizando. Cuando ese microARN pasa por su exosoma, se adhiere al ADN y lo elimina, lo que permite que la atadura se enrolle y ponga la molécula marcadora en estrecho contacto con la nanoestrella. Cuando se expone a un láser, esa molécula marcadora emite una señal Raman muy débil. Sin embargo, la forma y composición de las nanoestrellas amplifica las señales Raman varios millones de veces y las hace más fáciles de detectar.

"Nuestra tecnología puede discriminar entre grupos de cáncer y de control con una sensibilidad del 95,8 % y una selectividad del 100 %", dijo Tony Jun Huang, profesor distinguido William Bevan de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en Duke. "Su potencial es enorme en la investigación biológica fundamental y en el diagnóstico precoz y seguimiento de la salud de cánceres, enfermedades neurodegenerativas y otras".

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Universidad de Duke