Stanford, chip que convierte instantáneas de análisis de sangre en películas continuas

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El prototipo de RT-ELISA consta de tres módulos: en el primero (abajo), la sangre del sujeto se mezcla con una solución que contiene perlas de sondas de detección de proteínas diana y anticuerpos de detección fluorescentes. El segundo módulo (arriba a la derecha) elimina el exceso de glóbulos. Y el tercer módulo (arriba a la izquierda) transfiere las perlas etiquetadas con fluorescencia a una ventana de detección para que las mida una cámara de alta velocidad. (Crédito de la imagen: Caitlin Maikawa)

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Investigadores de Stanford desarrollan laboratorio en un chip que convierte instantáneas de análisis de sangre en películas continuas

El nuevo dispositivo puede detectar continuamente los niveles de prácticamente cualquier proteína o molécula en la sangre. Los investigadores dicen que podría ser transformador para la detección de enfermedades, el seguimiento de pacientes y la investigación biomédica.

Incluso para los chequeos médicos más rutinarios, un análisis de sangre suele ser la primera orden del día. Pero, a pesar de todo su poder de diagnóstico, esta prueba común proporciona solo una instantánea de la sangre durante un único momento en el tiempo.

“Un análisis de sangre es excelente, pero no puede decirle, por ejemplo, si los niveles de insulina o glucosa están aumentando o disminuyendo en un paciente”, dijo Tom Soh, profesor de ingeniería eléctrica y radiología en Stanford. “Es importante conocer la dirección del cambio”.

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Ahora, Soh, en colaboración conEric Appel, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales, y sus colegas han desarrollado una tecnología que puede proporcionar esta pieza crucial de información faltante. Su dispositivo, al que han denominado “ELISA en tiempo real”, puede realizar muchos análisis de sangre muy rápidamente y luego unir los resultados individuales para permitir el monitoreo continuo en tiempo real de la química sanguínea de un paciente. En lugar de una instantánea, los investigadores terminan con algo más parecido a una película.

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Eric Appel

En un nuevo estudio , publicado en la revista Nature Biomedical Engineering , los investigadores utilizaron el dispositivo para detectar simultáneamente los niveles de insulina y glucosa en ratas de laboratorio diabéticas vivas. Pero los investigadores dicen que su herramienta es capaz de mucho más porque se puede modificar fácilmente para monitorear prácticamente cualquier biomarcador de proteína o enfermedad de interés.

Tecnológicamente, el sistema se basa en una tecnología existente llamada Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas – ELISA (“ee-LYZ-ah”) para abreviar. ELISA ha sido el “estándar de oro” de la detección biomolecular desde principios de la década de 1970 y puede identificar prácticamente cualquier péptido, proteína, anticuerpo u hormona en la sangre. Un ensayo ELISA es bueno para identificar alergias, por ejemplo. También se utiliza para detectar virus como el VIH, el virus del Nilo Occidental y el coronavirus SARS-CoV-2 que causa el COVID-19.

“Hacemos ELISA continuamente”, dijo Soh.

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El prototipo de RT-ELISA consta de tres módulos: en el primero (abajo), la sangre del sujeto se mezcla con una solución que contiene perlas de sondas de detección de proteínas diana y anticuerpos de detección fluorescentes. El segundo módulo (arriba a la derecha) elimina el exceso de glóbulos. Y el tercer módulo (arriba a la izquierda) transfiere las perlas etiquetadas con fluorescencia a una ventana de detección para que las mida una cámara de alta velocidad. (Crédito de la imagen: Caitlin Maikawa)

El ELISA en tiempo real es esencialmente un laboratorio completo dentro de un chip con pequeñas tuberías y válvulas no más anchas que un cabello humano. Una aguja intravenosa dirige la sangre del paciente a los pequeños circuitos del dispositivo donde se realiza ELISA una y otra vez.  análisis de sangre en películas continuas    análisis de sangre en películas continuas

Soh compara el proceso con la elaboración de un sándwich de proteínas en el que dos moléculas, o anticuerpos, se unen a la proteína de interés. Se puede personalizar un anticuerpo para buscar y adherirse al biomarcador específico. Una vez que se adhiere, se activa el segundo anticuerpo. Este anticuerpo emite fluorescencia o se ilumina, lo que es monitoreado por una cámara de alta velocidad. Basándose en el brillo de la muestra de sangre, los científicos pueden determinar no solo si la proteína objetivo está presente, sino también su concentración. Cuanta más molécula objetivo exista en la sangre, más brillante será la muestra.

Se han desarrollado monitores de sangre continuos en tiempo real para algunos marcadores sanguíneos como glucosa, lactato y oxígeno, pero extender la tecnología más allá de esos pocos ejemplos ha demostrado ser “extremadamente difícil”, dijo Soh. Es por eso que la adaptabilidad del ELISA en tiempo real a una miríada de proteínas es especialmente prometedora.

“No piense en esto como un simple sensor de insulina. Piense en esto como una forma de hacer ELISA de una manera completamente nueva y diferente ”, dijo Soh.

El ELISA en tiempo real también podría resultar de gran ayuda para la investigación biomédica, ya que proporciona información instantánea y detallada sobre la eficacia de los fármacos y otras terapias, pero Soh cree que el dispositivo será más útil en las unidades de cuidados intensivos y las salas de emergencia, donde el tiempo y la precisión son factores importantes. de la esencia.

Como ejemplo, Soh señala la “tormenta de citocinas” provocada por la enfermedad COVID-19. A medida que aparece la enfermedad, el sistema inmunológico del paciente entra en alerta defensiva alta y produce una gran cantidad de proteínas de señalización que combaten la enfermedad, llamadas citocinas. En algunos casos, el cuerpo no logra reducir el nivel de amenaza incluso después de controlar la enfermedad y, en cambio, produce más y más citocinas, lo que puede provocar sepsis e insuficiencia orgánica interna.

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Caitlin Maikawa

Soh prevé una versión futura de ELISA en tiempo real que les diga a los médicos si los niveles de citocinas en un paciente están disminuyendo en respuesta al tratamiento. Soh y su equipo ya están trabajando para modificar el dispositivo para medir una citoquina clave, conocida como IL-6. Actualmente, las pruebas de IL-6 deben enviarse a un laboratorio para su procesamiento y se necesitan tres días para obtener los resultados.

“En la sepsis, el tiempo es clave: cada hora que pasa, la probabilidad de morir aumenta en un 8 por ciento”, dijo Soh. “Los pacientes no tienen tres días para una sola prueba. Eso podría tener implicaciones para salvar vidas “.

Otros coautores de Stanford en el estudio, titulado “Un inmunoensayo sándwich de fluorescencia para la detección continua en tiempo real de glucosa e insulina en animales vivos”, incluyen a la becaria postdoctoral Mahla Poudineh y la candidata a doctorado Caitlin Maikawa (coautores principales), y profesores Jelena Vuckovic  y Seung Kim .

La investigación fue apoyada por Chan-Zuckerberg Biohub, la  Beca Piloto del Centro de Investigación de la Diabetes de Stanford y el Programa de Iniciativa Transdisciplinaria (TIP) del Instituto de Investigación de Salud Materno Infantil de Stanford .

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