Diagnóstico en el punto de atención: Nuevos métodos de detección de moléculas individuales
Detección específica de patógenos: Incluso una sola molécula de ADN es suficiente
La resistencia a los antibióticos está aumentando en todo el mundo. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Técnicas de Medición Física IPM, junto con la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, han desarrollado un proceso para detectar rápidamente los patógenos multirresistentes. La característica única: Incluso una sola molécula de ADN es suficiente para la detección de patógenos. En el futuro, la plataforma podría introducirse como parte de los diagnósticos en los puntos de atención en las salas de los hospitales o en las consultas médicas como alternativa a los análisis de PCR establecidos o en combinación con otros métodos de diagnóstico.
El dispositivo compacto para la detección de patógenos multirresistentes realiza todas las etapas de la reacción de forma automática y proporciona un resultado en una hora. Incluso una sola molécula de ADN es suficiente para la detección.
© Fraunhofer IPM
La elección del antibiótico correcto para tratar las infecciones bacterianas es un factor decisivo para el éxito del tratamiento. Resulta especialmente difícil seleccionar la medicación adecuada en los casos en que la enfermedad está causada por patógenos multirresistentes, a los que no afectan muchos antibióticos. La búsqueda del antibiótico más eficaz suele requerir información sobre el genoma de la bacteria. La mayoría de las veces, esta información no está disponible en las consultas médicas y sólo puede obtenerse mediante un diagnóstico de laboratorio. Para acelerar y simplificar el proceso, Fraunhofer IPM ha colaborado con la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich en el desarrollo de una nueva plataforma de detección de patógenos a partir de moléculas individuales en un chip de microfluidos. El proyecto SiBoF (signal boosters for fluorescence assays in molecular diagnostics) se centra en un método de detección en el punto de atención (POC) fácil de usar. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF).
Detección específica de patógenos basada en moléculas de ADN
La plataforma de pruebas portátil y compacta está equipada con un sistema fluídico automatizado. Todos los reactivos necesarios se almacenan en el sistema. El chip microfluídico moldeado por inyección se incorpora a un cajón del sistema de pruebas, donde se le suministran los reactivos a través del sistema de fluídica antes de que se realice el análisis óptico. "Detectamos parte de la cadena de ADN del patógeno. Con nuestro nuevo proceso, basta con una sola molécula de ADN que se una a un sitio específico del chip microfluídico para hacerlo". Los canales fluídicos están integrados en el chip, cuyas superficies están preparadas con sitios de unión para patógenos específicos", explica el Dr. Benedikt Hauer, científico de Fraunhofer IPM.
Las nanoantenas refuerzan las señales de fluorescencia
Normalmente, las moléculas de ADN objetivo se detectan mediante marcadores de fluorescencia específicos. Una característica única del nuevo método diseñado por el Fraunhofer IPM y la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich es que los investigadores utilizan antenas con perlas de tamaño nanométrico, que amplifican las señales ópticas de estos marcadores. Gracias a ello, no es necesaria la amplificación química mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). "Las antenas ópticas consisten en partículas metálicas de tamaño nanométrico que concentran la luz en una región minúscula y también ayudan a emitir la luz, de forma parecida a como lo hacen las antenas macroscópicas con las ondas de radio", explica Hauer, director de este proyecto de investigación en Fraunhofer IPM. Estas partículas metálicas están unidas químicamente a la superficie del chip.
Resultados disponibles al cabo de una hora
Una estructura de moléculas de ADN, conocida como "origami de ADN", diseñada específicamente por la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, mantiene las dos nanopartículas de oro en su sitio. Entre estas nanopartículas, la estructura proporciona un sitio de unión para la respectiva molécula objetivo y un marcador de fluorescencia. Este diseño patentado constituye la base de la novedosa tecnología de ensayo. "Las partículas, que tienen un tamaño de 100 nanómetros, sirven de antenas. El aumento del campo, causado por los efectos plasmónicos, tiene lugar en el punto caliente entre las dos partículas de oro. Si se coloca allí un colorante fluorescente, la radiación de fluorescencia de onda larga detectable se multiplica. Con este método se puede detectar una sola molécula mediante un dispositivo óptico pequeño y compacto", explica el investigador. Se pueden detectar concentraciones bajas de patógenos. El resultado está disponible al cabo de una hora y se muestra en el monitor. Esto no sólo es válido para los patógenos multirresistentes, sino también para cualquier tipo de molécula de ADN. En principio, el ensayo de molécula única puede adaptarse a moléculas más allá del ADN, como el ARN, los anticuerpos, los antígenos o las enzimas. Numerosas pruebas han confirmado con éxito la funcionalidad del proceso.
En el corazón del dispositivo POC se encuentra un microscopio de fluorescencia miniaturizado de alta resolución, desarrollado por Fraunhofer IPM. Un software de análisis de imágenes específicamente desarrollado identifica moléculas individuales y, al hacerlo, permite contar las moléculas objetivo capturadas, proporcionando un resultado cuantitativo. La fluorescencia se estimula mediante LEDs, que se colocan debajo del cartucho que contiene los canales fluídicos.
El sistema patentado está disponible para su demostración. En la actualidad, aún falta un módulo para la preparación de las muestras.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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