Los investigadores construyen un microdispositivo para detectar bacterias, virus
El nuevo proceso mejora los dispositivos de laboratorio en chip para aislar cepas de infección bacteriana resistentes a los medicamentos, virus
Los investigadores de ingeniería desarrollaron un dispositivo de laboratorio en miniatura de última generación que utiliza nano-perlas magnéticas para aislar diminutas partículas bacterianas que causan enfermedades. El uso de esta nueva tecnología mejora la forma en que los médicos aíslan las cepas resistentes a los medicamentos de las infecciones bacterianas y las micropartículas difíciles de detectar, como las que componen el Ébola y los coronavirus.
Una imagen ampliada de las diferentes biopartículas encontradas en un espécimen, incluyendo las microesferas para aislar mejor las bacterias.
Rochester Institute of Technology
Ke Du y Blanca Lapizco-Encinas, ambos profesores-investigadores de la Facultad de Ingeniería Kate Gleason del Instituto Tecnológico de Rochester, trabajaron con un equipo internacional para colaborar en el diseño del nuevo sistema: un dispositivo microfluídico, esencialmente un laboratorio en un chip.
Las infecciones bacterianas resistentes a los medicamentos están causando cientos de miles de muertes en todo el mundo cada año, y este número aumenta continuamente. Según un informe de las Naciones Unidas, las muertes causadas por la resistencia a los antibióticos podrían alcanzar los 10 millones anuales para el 2050, explicó Du.
"Es urgente para nosotros detectar, entender y tratar mejor estas enfermedades. Para proporcionar una detección rápida y precisa, la purificación y preparación de la muestra es crítica y esencial, eso es lo que estamos tratando de contribuir. Estamos proponiendo utilizar este novedoso dispositivo para el aislamiento y la detección de virus como el coronavirus y el Ébola", dijo Du, un profesor asistente de ingeniería mecánica cuya experiencia se basa en el desarrollo de nuevos biosensores y tecnología de edición genética.
El equipo del laboratorio está interesado en la detección de infecciones bacterianas, especialmente en los fluidos corporales. Uno de los principales problemas para la detección es cómo aislar mejor las concentraciones más altas de patógenos.
El dispositivo es un sofisticado entorno de laboratorio que puede utilizarse en hospitales o clínicas de campo y debería ser mucho más rápido en la recogida y análisis de las muestras que los filtros de membrana disponibles en el mercado. Sus amplios y poco profundos canales atrapan pequeñas moléculas de bacterias que son atraídas por micropartículas magnéticas empaquetadas.
Esta combinación de los canales más profundos del nanodispositivo, el aumento de la velocidad de flujo de los fluidos donde se suspenden las bacterias y la inclusión de cuentas magnéticas a lo largo de los canales del dispositivo mejora el proceso de captura/aislamiento de las muestras bacterianas. Los investigadores pudieron aislar con éxito las bacterias de varios fluidos con un filtro de matriz basado en micropartículas. El filtro atrapó las partículas en pequeños vacíos en el dispositivo, proporcionando una mayor concentración de bacterias para su análisis. Una ventaja añadida de un dispositivo más pequeño como éste permite analizar varias muestras al mismo tiempo.
"Podemos llevar este dispositivo portátil a un lago que ha sido contaminado por E. coli. Podremos tomar unos pocos mililitros de la muestra de agua y pasarla a través de nuestro dispositivo para que las bacterias puedan ser atrapadas y concentradas. Podemos detectar rápidamente estas bacterias en el dispositivo o liberarlas en ciertos químicos para analizarlas", dijo Du, cuyo trabajo anterior se centró en los dispositivos que utilizan la tecnología de edición genética CRISPR y la comprensión fundamental de la dinámica de fluidos.
La colaboración con Lapizco-Encinas, un ingeniero biomédico experto en dielectroforesis -un proceso que utiliza la corriente eléctrica para separar biomoléculas- su colaboración proporcionó la mayor capacidad para una mejor detección de patógenos, específicamente para el aislamiento y concentración de bacterias y microalgas.
"Nuestro objetivo no es sólo aislar y detectar bacterias en el agua y el plasma humano, sino también trabajar con muestras de sangre entera para comprender y detectar infecciones de la sangre como la sepsis. Ya tenemos un plan concreto para eso. La idea es usar un par de los dispositivos de nano-tamiz para el aislamiento secuencial", dijo Lapizco-Encinas, un profesor asociado en el departamento de ingeniería biomédica del RIT.
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