Citometría de imágenes con microchip hace las pruebas de laboratorio más económicas, fáciles de usar y accesibles

La globalización económica y el envejecimiento de la población de muchos países generan una enorme necesidad de pruebas de laboratorio rápidas y rentables en el punto de necesidad. En los últimos dos años, el mundo entero ha estado enfrentando los desafíos de la pandemia de COVID-19. La población general de muchos países se somete, de forma rutinaria, a pruebas de ácido nucleico y/o pruebas rápidas de antígeno con fines de detección. Los trabajadores de la salud necesitan herramientas de prueba de diagnóstico más económicas y fáciles de usar para respaldar su práctica de atención médica. Las agencias de salud pública también necesitan poderosas herramientas de diagnóstico para ayudarlos a tomar decisiones políticas importantes. En una cita clínica típica, las pruebas de laboratorio pasan por procedimientos tales como solicitud de laboratorio, recolección de muestras, procesamiento de muestras e informes. El tiempo promedio de respuesta puede variar desde varias horas a varios días. Para muchos diagnósticos y seguimiento de enfermedades que requieren información instantánea y una rápida toma de decisiones, la tecnología y el flujo de trabajo tradicionales no pueden satisfacer de manera efectiva las necesidades clínicas.

Mientras tanto, existe la opción de "tira de prueba rápida", como la tira de prueba de antígeno de COVID y la tira de prueba de embarazo hCG que proporciona resultados de prueba instantáneos. Estas tiras reactivas rápidas se convierten en una importante herramienta de diagnóstico para la detección y el seguimiento, aunque la aplicación de las tiras reactivas suele estar restringida a pruebas cualitativas. Además, debido a su sensibilidad analítica relativamente más baja, estas tiras reactivas rápidas no pueden detectar biomarcadores que tienen una cantidad baja en la muestra. Por lo tanto, existe una necesidad creciente de desarrollar reactivos e instrumentos de diagnóstico cuantitativos, fáciles de usar y accesibles. Dadas las necesidades emergentes de atención médica, los científicos e ingenieros continuamente presentan soluciones de diagnóstico creativas utilizando una variedad de enfoques tecnológicos. Entre estas tecnologías, la microfluídica se convierte en un método muy valioso para abordar potencialmente muchos de los requerimientos. La citometría de imágenes de microchip (MIC) basada en tecnologías de microfluidos es una plataforma analítica tan innovadora que puede cambiar el panorama del campo de las pruebas de laboratorio clínico.

Imagen: MIC podría cambiar el panorama del campo de pruebas de laboratorio clínico (Fotografía cortesía de OEA)

Un equipo de investigadores de la Universidad de Toronto (Toronto, ON, Canadá) publicó un artículo en Opto-Electronic Advances (OEA) que aborda los avances científicos y técnicos en el campo de MIC y muestra las aplicaciones de MIC que pueden traer un cuidado de la salud más económico fácil de usar y accesible para el público. MIC es una tecnología de plataforma que puede detectar y analizar rápidamente sustancias bioquímicas humanas como células, proteínas y ácidos nucleicos. Los dispositivos MIC tienen los atributos de portabilidad, rentabilidad y adaptabilidad al tiempo que proporcionan mediciones cuantitativas para satisfacer las necesidades de las pruebas de laboratorio en una variedad de entornos de atención médica. Basado en el uso de chips de microfluidos, MIC requiere menos muestra y puede completar la preparación de la muestra automáticamente. Por lo tanto, pueden proporcionar resultados de pruebas cuantitativas simplemente utilizando una muestra de pinchazo en el dedo. La disminución en el consumo de reactivos y el factor de forma reducido también ayudan a mejorar la accesibilidad y asequibilidad de los servicios de atención médica en entornos remotos y con recursos limitados.

El artículo revisa las aplicaciones clínicas notables de las tecnologías MIC, como el monitoreo de pacientes con VIH, la detección de la enfermedad falciforme, el diagnóstico de enfermedades infecciosas, etc. Según el nivel de automatización y los formatos de captura de imágenes, los dispositivos MIC se clasificaron en tres enfoques: Chip- estático- fluido-estático (SCSF), Chip -estático - fluido en movimiento (SCMF) y Chip-en movimiento -fluido estático (MCSF). En los sistemas MIC se han adoptado técnicas de imágenes de campo claro, imágenes de fluorescencia y técnicas de imágenes sin lentes. Se demostró que las técnicas de adquisición de imágenes, como la integración de retardo de tiempo y la excitación codificada temporalmente, logran una mayor sensibilidad en la detección de objetos que se mueven rápidamente en niveles de luz bajos.

En comparación con los citómetros de flujo tradicionales, MIC analiza objetos como células y partículas a través de un canal de chip de microfluidos relativamente ancho y poco profundo. Como resultado del gran desarrollo de los dispositivos de sensores de semiconductores y la tecnología de la información en los últimos años, la fuente de luz y los componentes de detección de imágenes de MIC también pueden lograr un mayor rendimiento optoelectrónico. Gracias a la innovación y el desarrollo de la biotecnología, la fabricación micro-nano, los materiales semiconductores, la tecnología de la información y otros campos, MIC encontrará aplicaciones de pruebas clínicas más importantes en el futuro y promoverá el desarrollo de pruebas en el punto de necesidad más económicas, fáciles de usar y accesibles. Los avances recientes en fotónica, óptica integrada y tecnologías de imagen prometen aumentar la sensibilidad y la funcionalidad de los sistemas MIC al mismo tiempo que reducen su tamaño y costo. Los colores se pueden diferenciar directamente en los sensores de imagen CMOS de silicio utilizando varias técnicas. También se ha avanzado hacia detectores de mayor sensibilidad mediante la integración de diodos de avalancha de un solo fotón en CMOS estándar con sistemas de microfluidos.

El desarrollo de dispositivos MIC debe centrarse en los siguientes aspectos: 1) el dispositivo debe ser portátil para adaptarse al propósito de diagnóstico en diferentes escenarios de atención médica, 2) el dispositivo debe ser fácil de usar y proporcionar resultados de muestra a respuesta rápidamente (por ejemplo, 15 minutos), 3) el conjunto de microfluidos debe contener reactivos precargados y ser desechable. Además, el rendimiento analítico de los dispositivos MIC, como la sensibilidad, la exactitud, la precisión y la robustez, debe cumplir ciertos requisitos de prueba. En el proceso de diseño y desarrollo de instrumentos y reactivos, es necesario tener en cuenta todos estos aspectos. Por lo tanto, el diseño y el desarrollo de ingeniería deben encontrar el equilibrio sofisticado entre complejidad, rendimiento y costo, para satisfacer las necesidades de atención médica y beneficiar a más pacientes.