IMÁGENES DE MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE CÉLULAS LÍQUIDAS EN 3D

La microscopía electrónica reveló un mundo que existe a escalas más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Los avances en este campo han permitido a los científicos visualizar cada vez más objetos y procesos, pero en realidad ver células vivas en 3D y dentro de un entorno líquido ha sido imposible.

Un equipo de investigadores de la Universidad Penn State, ubicada en Filadelfia, Pensilvania, EE.UU., Virginia Tech y una compañía llamada Protochips, han desarrollado un sistema que permite utilizar un microscopio electrónico para visualizar volumétricamente las células vivas y los sistemas biológicos que existen en un líquido.

"Con esta tecnología que desarrollamos en colaboración con Protochips, los científicos podrían analizar las interacciones huésped-patógeno, ver cómo se introduce un virus en una célula y observar cómo se producen los mecanismos moleculares en tiempo real", dijo Deborah Kelly, profesora de ingeniería biomédica en Penn State. y el investigador principal del estudio que aparece en Nano Letters. "El trabajo representa la primera tomografía computarizada a nanoescala del mundo en un entorno líquido".

Usando el nuevo sistema, el equipo pudo ver cómo interactúan un virus y las bacterias que infecta en su entorno típico. El estudio inicial ya ha proporcionado algunas nuevas ideas sobre el funcionamiento del virus bacteriófago, lo que podría conducir a nuevas técnicas para atacar las cepas bacterianas resistentes a los antibióticos.

Anteriormente, la microscopía electrónica de células líquidas solo permitía imágenes 2D, pero el nuevo enfoque crea cortes de imágenes que se juntan y se procesan usando una computadora. "Utilizamos una rejilla de cobre recubierta con una capa de carbono y la cubrimos con un chip de nitruro de silicio", agregó el autor principal William Dearnaley. "Hay una ventana en el chip y pipeteamos la muestra de líquido entre las dos capas".

Gracias a su diseño universal, el nuevo dispositivo funciona con casi cualquier microscopio electrónico y puede adaptarse para obtener imágenes de una variedad de objetivos. Los investigadores esperan que pronto puedan ver cómo las moléculas del fármaco ingresan y atacan las células cancerosas, potencialmente utilizando este conocimiento para diseñar rápidamente nuevos fármacos. MH

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DISPOSITIVO MICROFLUÍDICO PARA DIAGNÓSTICO RÁPIDO DE ENFERMEDAD DE LYME

Investigadores de la Universidad de Columbia en el Estado de Nueva York, EE. UU. han desarrollado un dispositivo microfluídico que puede diagnosticar la enfermedad de Lyme en tan sólo 15 minutos. El dispositivo es particularmente preciso para identificar biomarcadores de anticuerpos que están presentes durante la etapa inicial de la enfermedad de Lyme, lo que aumenta la esperanza de que pueda ser útil para detectar casos de infección temprana en el consultorio de un médico, lo que lleva a un tratamiento oportuno.

La enfermedad de Lyme, que se transmite por garrapatas infectadas, es increíblemente común, y si no se trata, puede provocar síntomas neurológicos y cardíacos graves. La enfermedad es difícil de detectar, ya que muchos de los primeros síntomas son similares a los que se encuentran con otras afecciones.

El diagnóstico y el tratamiento temprano de la enfermedad es importante para lograr buenos resultados para el paciente, pero las pruebas de diagnóstico actuales requieren tanto un ELISA como una transferencia Western, que son engorrosos, requieren un tiempo para realizarse y requieren especialistas de laboratorio capacitados. Además, la precisión de estas pruebas para identificar los primeros casos de enfermedad de Lyme es bastante pobre.

"Nuestros hallazgos son los primeros en demostrar que el diagnóstico de la enfermedad de Lyme se puede llevar a cabo en un formato microfluídico que puede proporcionar resultados cuantitativos rápidos", dijo Sam Sia, investigador involucrado en el estudio. "Esto significa que nuestra prueba podría usarse fácilmente directamente en el consultorio de un médico, evitando tener que enviar las muestras a un laboratorio que necesita al menos un par de horas, si no días, para obtener los resultados de la prueba". MH

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BIOPSIAS MÍNIMAMENTE INVASIVAS PROPORCIONAN DATOS DE PATOLOGÍA MÁXIMA

Las técnicas de patología actuales para analizar tejidos de biopsia carecen de su capacidad para detectar cáncer en muestras pequeñas. Ser capaz de estudiar rápidamente la distribución de la expresión de proteínas dentro de las células, recolectadas de muestras minúsculas, podría ser una herramienta importante para el diagnóstico temprano y el monitoreo del cáncer.

Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han informado en Nature Biomedical Engineering que han podido usar códigos de barras de ADN programables para medir y localizar miles de millones de marcadores de proteínas en solo un par de horas.

Llamada Conjunto de Secuencia de Topología para Perfiles Multiplexados (STAMP por sus siglas en inglés), la tecnología requiere sólo una pequeña muestra de una biopsia por aspiración con aguja fina. Implementada en un pequeño dispositivo microfluídico, y se espera que cada prueba cueste aproximadamente $ 50 dlls, es de esperar que la tecnología encuentre espacio dentro de cada laboratorio del hospital.

Los investigadores demostraron que STAMP tiene una precisión diagnóstica cercana al 95% y proporciona datos de patología que actualmente solo se pueden recopilar una vez que se extrae el tejido de lesión extenso durante la cirugía.

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IMITADORES DE HIDROGEL DE TEJIDO CARDÍACO PARA ESTUDIAR REMODELACIÓN CARDÍACA

Los procedimientos de reemplazo de válvula aórtica transcatéter (TAVR) se han convertido en una forma popular de tratar la estenosis de la válvula aórtica, una condición en la cual la válvula se endurece y empeora la función cardíaca. Después de la implantación de una válvula protésica, los corazones de los pacientes tienden a sufrir una reconstrucción significativa alrededor del sitio de tratamiento, pero la mecánica de este proceso es poco conocida.

Es difícil estudiar los corazones de las personas vivas, por lo que fue necesaria una nueva solución de laboratorio. Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder y la Universidad de Colorado Anschutz Medical Campus en los EE.UU. han ideado exactamente lo mismo. Han desarrollado imitadores de tejido cardíaco basados en biomateriales que reproducen fielmente el entorno del corazón. Estas imitaciones pueden someterse a una simulación de implantación y luego pueden estudiarse con gran detalle.

A medida que la estenosis de la válvula aórtica sigue su curso, las células de fibroblastos tienden a convertirse en miofibroblastos, células que conducen a la rigidez de los tejidos. Curiosamente, después de TAVR, los miofibroblastos vuelven a convertirse en fibroblastos. Determinar por qué sucede esto, por qué los corazones de algunas personas experimentan una cantidad diferente de este cambio y cómo promover este proceso era el objetivo del equipo de Colorado. Por ejemplo, los hombres parecen exhibir más remodelación de tejidos después de TAVR, por lo que ya hay algo diferente entre hombres y mujeres que puede señalar al menos un aspecto del proceso de reconstrucción.

"La fibrosis cardíaca debido al depósito excesivo de proteínas de la matriz extracelular es un problema enorme", dijo Timothy McKinsey, uno de los autores del estudio. “Entre otras cosas, la fibrosis hace que el corazón se ponga rígido, lo que afecta su capacidad para relajarse. Estamos entusiasmados con el potencial de traducir nuestros hallazgos actuales para desarrollar terapias innovadoras para las enfermedades fibróticas del corazón y la vasculatura ”.

El equipo obtuvo muestras de suero sanguíneo de pacientes con estenosis de la válvula aórtica antes y después de que les instalaran implantes de válvula. Utilizando biomateriales de hidrogel, imitaron algunas de las características importantes del tejido cardíaco, incluida su rigidez. Las células cardíacas se cultivaron dentro del hidrogel y luego se cuantificó la expresión de proteínas dentro del suero sanguíneo. Utilizando la técnica, los investigadores pudieron detectar qué proteínas estaban relacionadas con los miofibroblastos que se convertían en fibroblastos.

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TINTES FLUORESCENTES ACTIVADOS MULTICOLORES

Los tintes fluorescentes han transformado la ciencia biomédica. El Premio Nobel de Química para 2008, por ejemplo, fue otorgado por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente, GFP. Desde que GFP estuvo disponible, los científicos han estado trabajando en mejorar los tintes fluorescentes para estudiar mejor los procesos dinámicos dentro de los tejidos biológicos.

Típicamente, la luz ultravioleta se usa para activar tales tintes, pero esto puede ser dañino para las células e incluso provocar que se comporten de cierta manera, lo que podría afectar los datos experimentales. Además, muchos experimentos a largo plazo no son posibles ya que las células terminan muriendo antes de que lleguen los resultados.

Investigadores de la Universidad de Rice, en Houston, Texas, EE.UU. han encontrado una manera de hacer una variedad de tintes fluorescentes que se activan con luz visible que no tiene mucha influencia en la mayoría de las células vivas. Esto permitiría estudios de súper resolución a largo plazo de células y tejidos vivos, abriendo una puerta mucho más amplia para todo el campo de la biomedicina.

La tecnología se basa en reemplazar un átomo de azufre con un átomo de oxígeno dentro de los fluoróforos de uso común. Esto le da a esos fluoróforos la capacidad de encenderse y apagarse en respuesta a la luz de baja energía. Esto se puede realizar con una amplia gama de fluoróforos, cada uno de los cuales reacciona a una longitud de onda de luz diferente, lo que podría ampliar el alcance de los estudios individuales.

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DETECTOR DE CÁNCER MOLECULAR DURANTE CIRUGÍAS

Investigadores de la Universidad de Texas en Austin, EE.UU. han desarrollado una nueva pluma portátil para la detección rápida del cáncer intraoperatorio. Su trabajo demuestra que la herramienta puede identificar diferentes perfiles moleculares entre tejido canceroso y no canceroso sin dañar los tejidos muestreados. Este desarrollo puede algún día mejorar el diagnóstico de cáncer y permitir una extirpación quirúrgica más precisa de los tumores.

Actualmente los cirujanos confían en el corte de tejidos y la histología para determinar si el tumor se extirpó por completo o no. Este proceso, que toma al menos 30 minutos y requiere operadores capacitados, requiere mucho tiempo y recursos. Se han desarrollado otros métodos para tomar muestras de tejido, pero requieren cortar físicamente el tejido, lo que puede ser indeseable en el caso del cáncer cerebral, por ejemplo.

El nuevo sistema se llama "MasSpec Pen". Es una herramienta portátil desechable que suministra una sola gota de agua a la superficie del tejido, que toma muestras de las biomoléculas. Luego, la pluma succiona suavemente la gotita y se envía a un espectrómetro de masas, que desarrolla un perfil molecular basado en proteínas, lípidos y metabolitos en la muestra.

El equipo de UT Austin demostró que la herramienta podía identificar diferentes perfiles moleculares entre el cáncer y el tejido no canceroso. Utilizando métodos estadísticos para clasificar muestras humanas, mostraron una precisión del 96,3% de identificar si un tejido era canceroso o no. También usaron la pluma MasSpec en un ratón que tenía cáncer y pudieron identificar sus espectros moleculares únicos, lo que demuestra que la pluma no causó daños observables en el tejido ni daño al animal. El dispositivo se encuentra actualmente en pruebas clínicas en el Texas Medical Center para cirugías de cáncer de tiroides, seno y pancreático.

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HIDROGEL DE BACTERIÓFAGOS AUTOCURATIVOS PARA COMBATIR INFECCIONES

Los antibióticos son la herramienta predominante para combatir las infecciones bacterianas, pero los bacteriófagos podrían ser mucho más efectivos. Los bacteriófagos son virus que atacan a las bacterias y, debido a que evitan dañar las células humanas, son una herramienta terapéutica prometedora, si se usan correctamente. Además, se pueden usar junto con antibióticos, ya que los dos no se afectan entre sí.

En la Universidad McMaster en Canadá, los investigadores han desarrollado un hidrogel cargado con una enorme cantidad de virus bacteriófagos que pueden abrumar cualquier defensa bacteriana. Debido a que el hidrogel tiene una concentración tan alta de bacteriófagos, terminan uniéndose para crear un material de autocuración que se vuelve a ensamblar después de ser cortado.

Un milímetro del gel contiene más de 300 trillones de virus bacteriófagos, y si se hacen para atacar infecciones bacterianas específicas, o incluso cáncer a través de la modificación del ADN, el gel puede tener efectos terapéuticos impresionantes. Convenientemente, debido a que el gel es naturalmente fluorescente, se presta a estudios científicos, lo que permite su seguimiento dentro del cuerpo.

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RECOLECTORES DE MUESTRAS DE BACTERIAS MIENTRAS VIAJA DENTRO DE LA TRIPA

El microbioma dentro de nuestro intestino contiene una amplia variedad de especies bacterianas, algunas de las cuales son una fuente de enfermedad. Actualmente, sólo se puede tomar una muestra no invasiva del intestino delgado para aprender sobre la flora bacteriana, por lo que en realidad hay poco conocimiento sobre lo que ocurre más arriba en el tracto gastrointestinal.

Los investigadores de la Universidad de Tufts ahora han creado un dispositivo para tragar que puede viajar por todo el sistema digestivo, muestreando regularmente lo que hay dentro y permitiendo a los científicos, y con suerte algún día a los médicos, estudiar mejor cómo las bacterias intestinales juegan un papel en diversas enfermedades.

La nueva píldora está impresa en 3D y cubierta con un recubrimiento que sólo se degrada a ciertos niveles de pH, lo que permite protegerla en el camino a través del estómago. Dentro hay canales helicoidales de microfluidos separados por una membrana de una cámara de sal de calcio. El efecto osmótico atrae a las bacterias a través de la membrana y hacia los canales helicoidales. Con el fin de dirigir mejor en qué dirección toman muestras las píldoras, hay un pequeño imán que se puede extraer externamente para orientar la píldora exactamente como lo desee.

Hasta ahora, el dispositivo ha sido probado en cerdos y primates y ha demostrado una capacidad impresionante para proporcionar muestras de alta calidad desde el intestino delgado hacia abajo. Se deberán realizar más estudios con humanos antes de que la tecnología pueda aplicarse clínicamente.

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NUEVO MÉTODO DE IMAGEN PARA DIAGNOSTICAR CÁNCERES

El cáncer de próstata puede ser muy difícil de diagnosticar, ya que demasiados pacientes se someten a cirugías que resultan innecesarias. Los investigadores de la Universidad de Purdue, la Universidad de Boston y la Academia de Ciencias de China han desarrollado una técnica de imagen química infrarroja que puede mejorar los estudios de diagnóstico y en el proceso reducir el exceso de cirugías. La misma tecnología, debido a que muestra imágenes a una resolución submicrométrica con información de biomarcadores, también puede tener un impacto significativo en el diagnóstico del cáncer de seno y otros tipos de cáncer.

La nueva técnica proporciona una mirada a un área de muestra relativamente grande al tiempo que permite obtener imágenes rápidamente. Las células en la muestra permanecen vivas, ayudando a preservar su estado natural y los biomarcadores dentro, y las muestras no requieren ningún paso de secado. Se trata de iluminar una muestra de tejido utilizando un láser de excitación infrarrojo y un láser de sonda visible y medir los cambios entre los estados frío y caliente.

El uso de la detección fototérmica permitió a los científicos reducir la resolución de la imagen en un orden de magnitud en comparación con la microscopía infrarroja convencional. Debido a que el equipo usó una cámara especial de "bloqueo", fue posible procesar un millón de píxeles por segundo de datos de imágenes, que cubren una gran cantidad de tejido.

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HERRAMIENTA DESARROLLADA PARA IDENTIFICAR QUISTES PRECANCEROSOS

Investigadores del Centro de Cáncer Kimmel de Johns Hopkins han desarrollado una nueva herramienta computacional y biomolecular, llamada CompCyst, que puede identificar quistes pancreáticos precancerosos. La tecnología proporciona un nuevo método para identificar de manera confiable quistes causantes de cáncer de aquellos que no causan cáncer.

Los quistes pancreáticos son comunes, y ocurren en 800,000 estadounidenses cada año. Solo una pequeña fracción de esos quistes progresará a cáncer, pero es difícil identificar si un quiste dado será canceroso, debido a las limitaciones de las pruebas clínicas y de imagen actuales. Esto significa que casi todas las personas diagnosticadas con un quiste reciben un seguimiento a largo plazo y muchas pueden someterse a la extirpación quirúrgica del quiste, lo que ocasiona un gasto y una carga adicionales para el sistema de salud y aumenta el riesgo de mortalidad del paciente. Para abordar este problema, los investigadores desarrollaron CompCyst.

CompCyst es un esquema de clasificación, basado en Boolean Set Logic, que utiliza información de pruebas moleculares y datos de imágenes para identificar si un quiste pancreático puede provocar cáncer. Los datos producidos por el sistema se compararon con la histopatología, el estándar de oro para identificar quistes pancreáticos y un método invasivo que no se usa regularmente en la práctica clínica.

En este estudio, los investigadores evaluaron la información molecular de más de 800 quistes pancreáticos diferentes, junto con datos clínicos y de imágenes en un algoritmo conocido como MOCA: Organización Multivariable de Alteraciones Combinatorias. Demostraron que CompCyst se desempeñó mejor que los médicos al clasificar si los quistes eran cancerosos.

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LENTES DE ULTRASONIDO VIRTUAL PARA VISIÓN PROFUNDA DEL CUERPO

La luz es una gran herramienta para obtener imágenes del exterior del cuerpo y para mirar el interior con endoscopios, pero mirar a través de más de unos pocos milímetros de tejido generalmente requiere otras modalidades, como las radiografías y la ecografía. El uso de la luz para mirar a través de la piel, los músculos y otros tejidos blandos ha sido un objetivo difícil de alcanzar para muchos científicos. Un equipo de la Universidad Carnegie Mellon ha ideado una nueva forma extraordinaria de usar la luz para mirar profundamente en los tejidos como nunca antes.

Como los tejidos son muy irregulares, dispersan la luz en todas las direcciones. Esto da como resultado imágenes borrosas que no proporcionan la resolución necesaria para identificar características anatómicas o patologías importantes. La nueva técnica de Carnegie Mellon utiliza ultrasonidos finamente ajustados para comprimir y relajar los tejidos blandos, por lo que crea una lente virtual que enfoca la luz que atraviesa. Los investigadores comparan su enfoque para hacer que el tejido sea más transparente, y su método puede utilizarse para enfocar a través de diferentes tejidos y en diferentes profundidades.

El enfoque tiene una gran importancia para observar el cerebro, diagnosticar enfermedades de la piel y detectar tumores profundamente asentados.

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MICROSCOPIO HOLOGRÁFICO DE ALTA RESOLUCIÓN PARA CÉLULAS VIVAS

Nanolive, una empresa derivada de la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza, acaba de presentar un microscopio holográfico que puede obtener imágenes de células vivas a alta resolución durante largos períodos de tiempo.

El dispositivo CX-A de Nanolive se basa en un haz de luz de baja energía para penetrar en la muestra, que no interfiere con la actividad celular interna. En cada exposición, el sistema crea un conjunto de datos en 3D de la muestra, hasta resoluciones por debajo de 200 nanómetros, que puede hacer repetidamente durante horas a la vez. Dado que el microscopio puede obtener imágenes de placas completas de 96 pocillos, se pueden realizar 96 experimentos individuales a la vez.

El sistema no requiere preparación celular, como la tinción, y no causa fototoxicidad ni foto blanqueo en las muestras. El software que viene con el sistema permite a los científicos visualizar intuitivamente los datos en 3D y resaltar los orgánulos celulares en colores únicos. Además, la tecnología es compatible con marcadores moleculares fluorescentes, lo que permite el análisis de procesos complejos y dinámicos.

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PERSONALIZANDO LA QUIMIOTERAPIA PARA CADA PACIENTE

Se ha desarrollado un nuevo dispositivo en la Universidad de Rutgers que puede probar si un agente de quimioterapia dado funciona en el tumor específico de un paciente. La idea es que se utilice una biopsia de tumor para sembrar el dispositivo. Luego se agregan agentes de quimioterapia para ver si matan las células tumorales del paciente.

Esto se mide utilizando un biosensor especial que se basa en la espectroscopia de impedancia multifrecuencia para probar si una célula está viva o muerta. El sensor alimenta sus lecturas en una plataforma de software de inteligencia artificial que utiliza el conocimiento previamente recopilado para caracterizar cada célula.

En sus estudios iniciales hasta el momento, el enfoque del equipo tiene una precisión de más del 95% para contar células cancerosas vivas. Los resultados son casi instantáneos, lo que en un entorno clínico puede dar a los médicos la opción de comenzar a tratar a los pacientes justo después de que se haya completado la biopsia.

Actualmente, la tinción y otros procesos relevantes ralentizan la rapidez con que se pueden caracterizar las células, por lo que la nueva tecnología tiene un gran potencial para los pacientes. El equipo de Rutgers planea comenzar a probar su sistema con pacientes reales muy pronto, con la esperanza de probar la efectividad práctica de su sistema.

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DESARROLLAN NUEVA SONDA PARA ILUMINAR EL CÁNCER

Un equipo de investigadores en Irlanda ha colaborado en el desarrollo de una nueva sonda molecular fluorescente que puede detectar e iluminar el cáncer de una manera nueva e interesante. Se espera que la tecnología tenga consecuencias importantes para las cirugías de resección del cáncer, lo que permitirá a los médicos extirpar los tumores y, a la vez, preservar los tejidos sanos.

Las sondas moleculares fluorescentes desarrolladas previamente se ven obstaculizadas por la fluorescencia de algunas moléculas que ocurren naturalmente dentro de nuestros cuerpos. La relación de señal a ruido no es muy alta y toma un tiempo para que tales sondas se acumulen e iluminen suficientemente un tumor. Sin embargo, este equipo creó lo que ellos describen como fluoróforos bio-sensibles "off to on", que operan en el rango del infrarrojo cercano, y que pueden encenderse solo cuando alcanzan un tumor. Al rastrear dónde aparecen, es posible rastrear con más confianza los márgenes de un tumor dado.

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PRUEBA DE MUTACIÓN BRCA1 EN EL PUNTO DE ATENCIÓN EN 20 MINUTOS

El gen 1 de BReast CAncer (BRCA1) es uno de los genes más conocidos relacionados con el riesgo de cáncer de mama. Desafortunadamente, la tecnología para detectar el gen requiere un laboratorio y experiencia en interpretación. Investigadores de la Universidad Estatal de Louisiana ahora han desarrollado un sistema basado en teléfonos inteligentes llamado FLuoroZen que puede probar la mutación BRCA1 relacionada con el cáncer en el punto de atención dentro de veinte minutos.

El FLuoroZen analiza el ADN dentro de la saliva o la sangre cuando la muestra se coloca en papel de nitrocelulosa y se coloca en un portaobjetos de vidrio. El dispositivo luego detecta los puntos de oligonucleótidos fluorescentes en el papel de nitrocelulosa gracias a dos filtros que eliminan todos, excepto dos frecuencias de luz diferentes. Una de las frecuencias de luz excita el tinte fluorescente y la segunda se usa para ayudar a medir el espectro de luz que se emite.

Los puntos más brillantes indican la presencia de la versión mutada del gen BRCA1. La diferencia en la intensidad de la luz entre puntos positivos y negativos no es muy fuerte, pero un teléfono inteligente con una aplicación especial puede distinguir la diferencia y producir resultados finales.

La tecnología no sólo funciona para detectar mutaciones BRCA1. "La utilización de microfluidos de papel para análisis biológicos, junto con la configuración de lectura del teléfono inteligente, abre la posibilidad de transferir varias pruebas clínicas y ambientales a POCT", dijo Manas Gartia, profesor asistente de Louisiana State. "Dr. Melvin [profesor de ingeniería química de LSU, Adam Melvin] está interesado en encontrar neurotoxinas y hepatotoxinas, como la microcistina y la cianopeptolina, debido a la proliferación de algas doradas dañinas que se encuentran en el lago Pontchartrain. "Si podemos unir esa toxina a un tinte fluorescente, entonces podemos detectar si esa toxina en particular está en su muestra de agua".

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS MOLECULARES PARA DETECTAR E. COLI

Detectar la presencia de E. coli y otras bacterias patógenas consume tiempo y es costoso, y requiere cultivos celulares biológicos o amplificación de ADN. Investigadores de la Universidad de California, Davis, la Universidad de Washington y la Universidad de Economía y Tecnología TOBB de Turquía han utilizado una unión de ruptura de una sola molécula, un dispositivo electrónico molecular, para detectar ARN de diferentes cepas patógenas de E. coli.

"La detección e identificación confiable, eficiente y económica de cepas específicas de microorganismos como E. coli es un gran desafío en biología y ciencias de la salud", dijo Josh Hihath, profesor asociado de la Universidad de California en Davis. "Nuestra técnica podría allanar el camino para la detección rápida y directa de patógenos, cepas bacterianas resistentes a los antimicrobianos y biomarcadores para el cáncer".

Los dispositivos de unión de ruptura de una sola molécula tienen electrodos metálicos con interfaces afiladas que interactúan con otras moléculas, como el ARN. Cuando se encuentra en presencia de moléculas objetivo, la distancia entre los electrodos cambia, creando pequeños cambios en la corriente eléctrica que pasa a través de la solución. Los cambios son tan leves que cientos de pruebas deben realizarse repetidamente, pero las pruebas son súper rápidas y, por lo tanto, mucho más rápidas que las tecnologías actuales.

"Una de las preguntas que hicimos es qué tan pequeño es el cambio en la secuencia que se necesita para causar un cambio significativo en la conductancia eléctrica", dijo Hihath. "Lo más pequeño que podemos cambiar es una base única, por lo que decidimos ver si se puede medir un cambio de base única". La tecnología funciona con pequeñas cadenas de moléculas genéticas y debe ser traducible a un dispositivo que pueda aceptar muestras para analizarlas directamente.

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PRUEBA FARMACOGENÉTICA DE 23ANDME APROBADA POR LA FDA

La FDA acaba de aprobar los informes farmacogenéticos del Servicio Genómico Personal (PGS) de 23andMe. Esto marca la primera prueba directa al consumidor para la farmacogenética de variantes de enzimas que pueden afectar la forma en que los pacientes descomponen los medicamentos. Los consumidores recogen su saliva en el kit de prueba de 23andMe, lo envían por correo a los laboratorios de la compañía y luego reciben los resultados a través de un portal en línea. El sistema de evaluación farmacogenética aprobado busca 33 variantes de enzimas comunes que afectan el metabolismo de los medicamentos, incluidos CYP2C19, CYP2C9, CYP3A5, UGT1A1, DPYD, TPMT, SLCO1B1 y CYP2D6.

“Esta prueba es un paso adelante para hacer que la información sobre las variantes genéticas esté disponible directamente para los consumidores e informar mejor sus conversaciones con sus proveedores de atención médica. Sabemos que los consumidores están cada vez más interesados ​​en la información genética para ayudar a tomar decisiones sobre su atención médica ", dijo Tim Stenzel, director de la Oficina de Diagnóstico In Vitro y Salud Radiológica en el Centro de Dispositivos y Salud Radiológica de la FDA, en un comunicado de prensa.

Estas variantes de enzimas tienen efectos importantes sobre cómo responden los pacientes a los medicamentos. Por ejemplo, la enzima CYP2C9 metaboliza la medicación warfarina, un anticoagulante con un rango terapéutico estrecho. Demasiado puede causar sangrado interno y muy poco puede ser ineficaz y permitir que se formen coágulos de sangre. Saber qué variante de esta enzima tiene un paciente debería, teóricamente, guiar el plan de tratamiento para ese paciente. De manera interesante, tres ensayos clínicos de tratamiento con warfarina guiada por genotipo demostraron que no hubo diferencias entre los pacientes a los que se les administró el genotipo y la guía clínica en comparación con los pacientes que recibieron la dosis sólo por la guía clínica (Pirmohamed 2013, Kimmel 2013, Gage 2017). Por lo tanto, si bien esta prueba directa al consumidor proporciona buena información sobre cómo un paciente podría responder a los medicamentos, un profesional médico experimentado debe revisar los datos cuidadosamente, y los pacientes no deben usar la información para tomar sus propias decisiones de tratamiento. Además, la FDA también recomienda que los proveedores de atención médica deben verificar los resultados de esta prueba con pruebas farmacogenéticas independientes antes de tomar decisiones médicas.

Esta es la cuarta prueba directa al consumidor para la cual 23andMe ha obtenido la aprobación de marketing. Otras pruebas incluyen pruebas de riesgo genético para el síndrome de Bloom, enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer de inicio tardío, enfermedad celíaca, deficiencia de alfa-1 antitripsina, distonía primaria de inicio temprano, deficiencia del factor XI, enfermedad de Gaucher tipo 1, deficiencia de glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa, hemocromatosis hereditaria, trombofilia hereditaria y cáncer de mama, ovario y próstata asociados con BRCA.

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MICROCHIP PARA CRECER Y ESTUDIAR MÍMICAS CEREBRALES EN 3D

En los últimos años, los neurocientíficos han podido desarrollar cultivos de esferoides y organoides cada vez más grandes y complejos que replican la estructura y la funcionalidad del tejido cerebral. Si bien estos modelos son significativamente mejores para imitar partes del cerebro en comparación con los cultivos en 2D, son mucho más difíciles de estudiar porque es difícil acceder a las células que están debajo de la superficie del cultivo en 3D.

3Brain, un spin out del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM), ha desarrollado un chip especial en el que crecer el tejido neural que permite la medición de diversas actividades dentro del tejido estudiado.

El circuito integrado de Khíron tiene una matriz de micro electrodos de alta densidad (MEA) con la que el tejido neural en crecimiento hace contacto íntimo. En la parte inferior del chip se encuentra una plataforma de microfluidos que permite la administración de fluidos, medicamentos y otros compuestos ricos en nutrientes al tejido estudiado.

El chip, que se presentó por primera vez en la reunión anual de SfN Society for Neuroscience 2018 en San Diego, California, ayudará a los científicos a comprender la aparición y el desarrollo de enfermedades ahora comunes como el Alzheimer, el Parkinson así como una variedad de psicosis. 3Brain cree que está casi listo para comenzar a comercializar su nuevo dispositivo, y los envíos iniciales se realizarán el próximo año.

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Nuevo método eficiente para secuenciar modificaciones epigenéticas

Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado un nuevo método para secuenciar grupos químicos unidos a la superficie del ADN. Estos grupos químicos son modificaciones de las bases de ADN que transmiten información importante relacionada con los patrones de expresión génica. Estas modificaciones han sido estudiadas durante las últimas dos décadas y ahora se sabe que están involucradas en el desarrollo de una variedad de enfermedades, incluido el cáncer, lo que hace que la identificación de estas modificaciones sea una herramienta prometedora para fines de diagnóstico y pronóstico.

Los métodos tradicionales para descifrar este código epigenético han utilizado bisulfito debido a su ventajosa reactividad química selectiva, sin embargo, el uso de bisulfito tiene muchas limitaciones. Uno de los principales problemas con el uso de métodos basados ​​en bisulfito es que puede destruir gran parte de la muestra durante la experimentación. Esto hace que la investigación de tipos celulares específicos o poblaciones celulares raras sea mucho más desafiante. Para abordar este problema, el método propuesto por el grupo en la Universidad de Pensilvania, en su lugar, utiliza una clase de enzimas de defensa inmunitaria llamadas ADN desaminasas APOBEC. Estas enzimas desaminasas pueden lograr el mismo efecto que el bisulfito sin degradar la muestra. En su artículo publicado en Nature Biotechnology que detallaba su método, el equipo demostró que necesitaban una muestra de ADN 1,000 veces más pequeña en su método que en los métodos basados ​​en bisulfito para determinar el código epigenético de un tipo de neurona.

Los miembros del equipo esperan que su nuevo método proporcione oportunidades para estudiar el código epigenético del ADN de poblaciones pequeñas y raras de células y proporcione una visión más detallada de los mecanismos subyacentes a la participación de estas células en la enfermedad. "Este avance tecnológico allana el camino para comprender mejor los procesos biológicos complejos, como la forma en que se desarrolla el sistema nervioso o cómo progresa un tumor", dijo el coautor principal Hao Wu, PhD. Se requerirá trabajo futuro para desarrollar otros esquemas que integren APOBEC para avanzar en sus capacidades de identificación.

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Prueba de papel detecta rápidamente enfermedades infecciosas

Esta tira de papel (extremadamente ampliada) contiene dos copias de la prueba. Los tres puntos brillantes por prueba indican que puede verificar tres anticuerpos diferentes dentro de una prueba.

El dispositivo prueba la presencia de anticuerpos contra patógenos específicos en la sangre y es fácil de usar.

Investigadores de la Universidad de Tecnología de Eindhoven en los Países Bajos y la Universidad de Keio en Japón han desarrollado una prueba de diagnóstico en papel, que se puede usar para realizar pruebas rápidas y económicas en una variedad de enfermedades infecciosas. Un médico puede aplicar una gota de sangre a la tira de papel y detectar el color de la luz emitida con una cámara de teléfono inteligente, revelando si un paciente tiene una infección específica, como gripe, VIH o fiebre del dengue.

En entornos de bajos recursos, como las áreas remotas de los países en desarrollo, los trabajadores de la salud a menudo tienen dificultades para proporcionar una atención médica adecuada. Si sospechan que alguien tiene una enfermedad infecciosa, a menudo la única forma de confirmar su diagnóstico es tomar una muestra de sangre, transportarla al laboratorio del hospital más cercano, realizar pruebas de laboratorio costosas y luego regresar al paciente para proporcionarle medicamentos.

Los investigadores han dedicado grandes esfuerzos al desarrollo de pruebas diagnósticas en el punto de atención, que proporcionan una respuesta clara y rápida para los médicos en el campo. Esta colaboración de investigación internacional ha desarrollado un dispositivo de diagnóstico de este tipo, hecho en su mayoría en papel. Si bien el papel puede parecer una opción inusual, es barato y absorbe muestras de sangre fácilmente.

El dispositivo prueba la presencia de anticuerpos contra patógenos específicos en la sangre y es fácil de usar. Un médico aplica una gota de sangre, espera 20 minutos y luego usa una cámara de teléfono inteligente para medir el cambio de color. "Una reacción bioquímica hace que la parte inferior del papel emita una luz azul-verde", dijo Maarten Merkx, un investigador involucrado en el estudio. "Cuanto más azul es el color, mayor es la concentración de anticuerpos".

El papel está atado con una proteína sensor luminosa que emite luz azul cuando encuentra sangre, pero en un segundo paso se convierte en luz verde. Sin embargo, si la sangre contiene un anticuerpo específico, como un anticuerpo contra la gripe que podría estar presente durante una infección de la gripe, se unirá a la proteína del sensor. Esto evita que la luz azul se convierta en verde. Por lo tanto, muchos anticuerpos en la sangre significan que la luz es mayormente azul, mientras que una luz más verde indica muy pocos anticuerpos.

Una cámara de teléfono inteligente puede calcular la proporción entre la luz azul y la luz verde, lo que ayuda al médico a calcular la concentración de un anticuerpo en la sangre. Hasta ahora, el equipo ha realizado un prototipo que puede detectar tres infecciones a la vez: gripe, dengue y VIH. Los investigadores esperan que la prueba esté disponible comercialmente en unos pocos años.

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