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Análisis de sangre de diez minutos
La medición de proteínas en la sangre puede ayudar a los médicos a determinar el riesgo de cáncer de los pacientes y controlar la salud de los ancianos y las personas con enfermedades crónicas. Pero los métodos actuales para analizar estas proteínas son demasiado costosos y requieren demasiada sangre para realizarlos con regularidad. Un chip de microfluidos en ensayos clínicos hace en un solo chip en 10 minutos lo que normalmente lleva varias horas a los técnicos, y con una sola gota de sangre. Los investigadores esperan hacer realidad los diagnósticos de cabecera basados en proteínas sanguíneas al reducir el costo de tales pruebas en al menos un orden de magnitud.
Pinchazo en el dedo a proteína: Un chip de microfluidos identifica 35 proteínas en una gota de sangre en 10 minutos. Todo el proceso de análisis se realiza en el chip. Primero, las células sanguíneas se separan del suero rico en proteínas, que viaja por los canales estrechos. Estos canales están recubiertos con códigos de barras que capturan proteínas que se iluminan bajo un microscopio fluorescente si la gota de sangre contiene la proteína de interés.
El chip de diagnóstico está siendo desarrollado por el profesor de química de Caltech. James Heath y por Capucha de Leroy , presidente y fundador del Institute for Systems Biology, en Seattle. Heath y Hood fundaron una empresa llamada Integrated Diagnostics para comercializar el chip de sangre.
Las proteínas séricas proporcionan una ventana increíble a la biología de las enfermedades, dice Paul Mischel , profesor de patología en la Universidad de California, Los Ángeles. Pero hoy en día, la prueba de una proteína en sangre cuesta alrededor de $ 500, y estas pruebas requieren de 10 a 15 mililitros de sangre y varias visitas al médico.
Decidimos hacer las cosas muy baratas: cuesta cinco centavos la proteína, dice Heath sobre el dispositivo actual. Pruebas tan rápidas y económicas que requieren solo una gota de sangre deberían permitir a los médicos controlar más proteínas con más frecuencia, lo que permite una detección más temprana de enfermedades como el cáncer y una mejor atención preventiva para los ancianos. Los nuevos diagnósticos también deberían ser más precisos, dice Heath. Las muestras de sangre tradicionales reposan durante horas o incluso días antes de que se complete el proceso de medición, lo que deja suficiente tiempo para que se degraden.
El dispositivo de Heath and Hood, descrito en la edición de esta semana de Biotecnología de la naturaleza , inicia el proceso de análisis con unos simples microfluidos. Se tira de una gota de sangre por un canal de microescala mediante la aplicación de una pequeña presión externa. Este primer canal se ramifica en otros más estrechos, que excluyen las células sanguíneas y admiten el suero sanguíneo rico en proteínas. En los análisis de sangre típicos, este paso de separación requiere una centrifugadora.
Los canales más estrechos están modelados con lo que Heath llama un código de barras de proteína: líneas de ADN unidas a anticuerpos que capturan proteínas de interés del suero. Después de que el suero y las células se eliminan, los anticuerpos unidos a las proteínas rojas fluorescentes se inyectan, iluminando las proteínas sanguíneas capturadas. Los códigos de barras de proteínas se pueden leer con un microscopio fluorescente o un escáner de chip genético. La identidad de las proteínas sanguíneas capturadas se puede determinar mediante la ubicación de las líneas rojas en el código de barras con respecto a una línea de referencia verde fluorescente.
Al medir la cantidad de luz que irradia la mancha de una proteína en particular en el código de barras, Heath y Hood pueden cuantificar su concentración en la sangre. Heath señala que el chip puede medir las proteínas sanguíneas presentes en un amplio rango de concentración, lo que hace posible medir no solo las abundantes proteínas sanguíneas creadas por el sistema inmunológico, sino también las proteínas más raras que se originan en órganos como el cerebro. El dispositivo es tan sensible como las pruebas de proteínas convencionales, y Heath y Hood pueden medir cualquier proteína que les interese creando chips personalizados con los anticuerpos adecuados.
Mientras que otros grupos se han centrado en las proteínas creadas por muchos órganos, lo que dificulta la interpretación de los resultados, dice Hood, estamos desarrollando una estrategia para identificar las proteínas sanguíneas que son específicas de un órgano. Hood dice que su grupo está utilizando actualmente espectrometría de masas para descubrir proteínas específicas del hígado y el cerebro.
En su artículo publicado, los investigadores describen el uso del análisis de sangre para determinar el nivel de riesgo de las personas con cáncer de mama y de próstata. Heath dice que el chip se está probando en ensayos clínicos que involucran tanto a pacientes con cáncer como a individuos sanos. Los estudios de pacientes sanos que el grupo está llevando a cabo actualmente no serían prácticos si se usaran tecnologías que requieran una gran extracción de sangre, pero con los chips, Heath dice que es posible medir las proteínas de la sangre varias veces al día. Los investigadores están utilizando los chips de sangre para controlar cómo la dieta y el ejercicio influyen en la composición de proteínas de la sangre.
Estos dispositivos deberían conducir a una disminución en el costo y un beneficio increíble para los pacientes, dice Emil Kartalov , profesor de patología en la Escuela de Medicina Keck de la Universidad del Sur de California. Kartalov, que no colabora con Heath y Hood, está desarrollando chips similares y desarrolló algunos de los métodos de separación utilizados en el chip de sangre. Kartalov dice que el trabajo de Heath y Hood es un gran paso adelante, pero que para que estos chips realmente salgan al campo, necesitarán ir más allá de las proteínas fluorescentes. Los microscopios fluorescentes son demasiado caros y voluminosos para llevarlos al campo de batalla o al hogar de los pacientes. Kartalov dice que los diagnósticos futuros probablemente reemplazarán las proteínas fluorescentes con proteínas cargadas, ya que medir los cambios en la corriente eléctrica es mucho más simple y práctico.