Moscú [Russia], 18 jun (ANI): Un equipo de investigación de la Universidad HSE, Skoltech, MPGU y MISIS desarrolló un sensor microfluídico nanofotónico cuyas aplicaciones potenciales incluyen detección, monitoreo y evaluación del éxito del tratamiento. Hoy, el dispositivo puede identificar gases y líquidos disueltos en bajas concentraciones con alta precisión. El estudio apareció en Optics Letters.
Según la Organización Mundial de la Salud, en 2020, la carga mundial de cáncer se estimó en 19,3 millones de casos nuevos y 10 millones de muertes. Los expertos de la OMS creen que aproximadamente el 30 % de los nuevos casos se pueden prevenir y aproximadamente el mismo porcentaje se puede curar mediante la detección temprana.
Hoy en día, el «laboratorio en un chip» es un sensor en miniatura capaz de realizar análisis bioquímicos complejos y que se considera uno de los enfoques más prometedores para la detección temprana del cáncer. Investigadores rusos han desarrollado un nuevo sensor híbrido microfotón-partícula-microfluídico para analizar líquidos y gases altamente sensibles en concentraciones muy bajas en soluciones.
Gregory Goltsman, profesor de HSE MIEM, dice: «Nuestro estudio es un paso importante hacia la creación de un dispositivo de laboratorio integrado en un chip capaz no solo de realizar una gama completa de análisis de sangre, sino también de detectar biomarcadores de cáncer en etapa temprana usando una pequeña cantidad de la sangre de un paciente. Idealmente, nuestro objetivo es crear un pequeño dispositivo portátil que solo necesite una gota de sangre. Al presionar un botón, el médico ve los resultados, por ejemplo, que los parámetros son normales o que se necesitan más pruebas».
El dispositivo actual consta de sensores nanofotónicos en un chip en combinación con canales microfluídicos sobre la superficie del sensor. Los líquidos o gases bombeados a través de los canales afectan la propagación de la radiación óptica en nanodispositivos altamente sensibles, alterando las propiedades espectrales de la salida. Al examinar estos cambios, los investigadores pueden determinar la composición de la muestra.
Una característica especial del dispositivo es el pequeño tamaño de los canales de microfluidos que transmiten las muestras a los sensores. Esto hace posible obtener resultados incluso de muestras muy pequeñas, lo que puede ser crítico cuando el análisis en el sitio no es factible y las muestras deben trasladarse a otro lugar para su examen.
La sangre humana contiene ciertos componentes que pueden ser valiosos en el diagnóstico inicial de enfermedades oncológicas. Estos componentes incluyen vesículas extracelulares (exosomas). Los exosomas son vesículas microscópicas que son liberadas al espacio intercelular por células de tejidos y órganos.
«Las células se comunican entre sí mediante vesículas extracelulares, como los exosomas, para enviar mensajes», dice Dmitry Gorin, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo. Sin embargo, algunos factores, tanto endógenos (predisposición genética) como exógenos (ambientales, como la radiación), pueden alterar el funcionamiento normal de la célula, lo que hace que se envíen mensajes erróneos, lo que da como resultado una división celular descontrolada y un crecimiento tumoral.
En el cáncer en estadio temprano, las concentraciones sanguíneas exógenas tienden a aumentar hasta alcanzar valores analíticamente significativos, lo que indica la presencia de cáncer, y esto convierte a los exosomas en un biomarcador potencialmente útil en oncología. El equipo de investigación planea mejorar su dispositivo para que pueda usarse en este método para detectar el cáncer.
Hasta la fecha, el sensor no ha sido probado en muestras de sangre sino en soluciones acuosas de alcohol isopropílico a 20 concentraciones diferentes, desde el 0,08% al 72% en peso. Dado que el alcohol es altamente soluble en agua, se podrían haber usado concentraciones muy bajas. Por ejemplo, el sensor detectó la presencia de isopropanol en una solución que contenía 12 moléculas de alcohol por millón de moléculas de agua. Actualmente, el dispositivo solo puede analizar soluciones de dos componentes, pero los autores planean hacerlo adecuado para análisis de múltiples componentes mediante el recubrimiento de receptores especiales (aptámeros, anticuerpos, DARPins y péptidos) en la superficie del sensor utilizando canales de microfluidos.
Hoy en día, el equipo experimental necesario para operar el dispositivo es bastante voluminoso. La configuración incluye una bomba peristáltica, un láser sintonizable, un fotodetector, un chip y una computadora de procesamiento de datos, explica el autor del artículo de investigación Alexei Kozin, graduado de HSE y actual estudiante de doctorado en Skoltech. «En el futuro, esperamos producir un dispositivo compacto y portátil para pruebas rápidas que reduzca el tiempo y el costo de diagnosticar el cáncer, monitorearlo y evaluar la respuesta al tratamiento». (Y yo)
