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Detector rápido de tuberculosis
Un tercio de la población mundial está infectada con tuberculosis. La detección de bacterias requiere mucho tiempo y es costosa, incluso en hospitales con equipos de laboratorio sofisticados. Y en los países pobres donde la infección es más frecuente, las personas a menudo no tienen acceso a este equipo. Investigadores del Hospital General de Massachusetts en Boston y la Universidad de Harvard han demostrado ahora que un dispositivo de mano puede usarse para contar hasta 20 bacterias en una muestra de esputo en media hora. Esperan convertir la prueba en un producto económico que se pueda implementar para las pruebas de tuberculosis.
TB detector: Un dispositivo de mano puede contar hasta 20 bacterias en una muestra de esputo. Una tarjeta de plástico dentro del dispositivo utiliza microfluidos para dirigir las bacterias etiquetadas magnéticamente en una muestra a una de las dos cámaras rodeadas por bobinas de metal. Las bobinas se utilizan para la formación de imágenes por resonancia magnética nuclear de la muestra.
El contador de bacterias está siendo desarrollado por investigadores dirigidos por Ralph Weissleder , director del Centro de Biología de Sistemas y del Centro de Investigación de Imágenes Moleculares de la Facultad de Medicina de Harvard, y Hakho Lee , instructor en Mass General. La tecnología utiliza etiquetas de nanopartículas magnéticas y un detector que funciona con los mismos principios que las imágenes por resonancia magnética. Están enfocados en la tuberculosis, dice Lee, porque incluso una bacteria puede causar la enfermedad, pero en este punto no hay una manera fácil de detectar la bacteria a alta sensibilidad.
El mayor problema con las pruebas existentes es que son demasiado lentas, dice Peter Katona , profesor clínico asociado de enfermedades infecciosas en la Universidad de California, Los Ángeles. La forma más precisa de identificar la infección es cultivar una muestra en el laboratorio. Pero debido a que la tuberculosis crece lentamente, eso puede llevar hasta seis semanas. Además, los costosos equipos de cultivo no suelen estar disponibles en las áreas pobres donde la infección es prevalente.
La forma más barata y rápida de detectar la tuberculosis es una prueba cutánea que detecta una reacción inmunitaria. Pero tales pruebas no son particularmente precisas. Hay una serie de afecciones en las que no hay una reacción inmunitaria incluso si el paciente es portador de la infección, dice Steven Miller , director de los laboratorios clínicos de la Universidad de California, Centro Médico de San Francisco. La tuberculosis y el VIH a menudo van de la mano, pero en los pacientes con VIH la prueba cutánea no funciona. Otra prueba común, teñir una muestra de esputo con un tinte que se dirige a la tuberculosis y examinarla bajo el microscopio, también tiene una alta tasa de falsos negativos. A menos que haya una carga muy alta de bacterias, no puede contagiarse, dice Miller.
El detector de Harvard puede encontrar cantidades muy pequeñas de bacterias. Es una versión miniaturizada de un generador de imágenes por resonancia magnética nuclear, un dispositivo muy sensible pero generalmente grande y costoso que se usa para aplicaciones clínicas y químicas, como imágenes cerebrales y determinación de estructuras de proteínas. El tamaño y el costo de los típicos generadores de imágenes por resonancia magnética nuclear vienen dictados por la necesidad de un imán potente. El grupo de Weissleder simplificó el instrumento en un dispositivo portátil de una libra con partes desechables al comprometer la calidad de la señal y al colocar la cámara de muestra dentro de las bobinas de radiofrecuencia. Cuando está midiendo bacterias, no necesita alta resolución, solo necesita elegir un patrón, dice Lee.
Como prueba de principio, Weissleder y Lee demostraron que podían detectar una bacteria muy similar a la tuberculosis en muestras de esputo. Primero, la muestra viscosa debe licuarse. Luego se mezcla con una solución de nanopartículas de hierro en forma de bala de cañón recubiertas de anticuerpos que se adhieren a las bacterias. La muestra se carga en el detector, que usa microfluidos para forzar la muestra a través de un canal equipado con una pantalla que atrapa las bacterias y lava las nanopartículas que no cumplieron con un objetivo. Este canal está rodeado por una bobina de metal que pulsa a las bacterias atrapadas con ondas de radiofrecuencia bajo la influencia de un imán. Esto hace que las nanopartículas de hierro emitan una señal magnética, que a su vez afecta a los protones de las moléculas de agua circundantes. El dispositivo de Harvard detecta estos cambios, cuya magnitud y duración son directamente proporcionales al número de bacterias etiquetadas en la muestra.
El proceso de detección de bacterias tarda unos 30 minutos y es tan sensible como los procesos que utilizan muestras de cultivo cultivadas en el laboratorio. Los resultados se describen en la revista quimica APLICADA .
Tratar de diagnosticar niveles muy bajos de bacterias en una muestra mientras se mantiene una alta calidad no es algo fácil de hacer, dice el patólogo Miller. La prueba de Harvard es muy sensible, es decir, puede detectar niveles bajos de bacterias, pero hasta que el dispositivo se someta a más pruebas, es imposible decir qué tan específico es. Si demuestra tener altas tasas de falsos positivos, dice Miller, no será viable en lugares como Estados Unidos, donde las tasas de tuberculosis son bajas. Sin embargo, dice Miller, podría ser muy útil una prueba barata y fácil como esta en áreas con alta prevalencia de tuberculosis.
Los investigadores están colaborando con la Escuela de Salud Pública de Harvard para probar el dispositivo en muestras clínicas de pacientes portadores de tuberculosis.