Científicos de IBM han desarrollado una nueva tecnología de ‘laboratorio en un chip’ que puede, por primera vez, separar partículas biológicas a nanoescala y podría permitir a los médicos detectar enfermedades como el cáncer antes de que aparezcan los síntomas.

Según lo informado por el equipo de IBM, sería posible separar biopartículas sobre la base de su tamaño de hasta 20 nanómetros (nm) de diámetro; una escala que da acceso a partículas importantes como ADN, virus y exosomas. Una vez separadas, estas partículas potencialmente pueden ser analizadas por médicos para revelar signos de enfermedad, incluso antes de que los pacientes experimenten los síntomas físicos, en una etapa en la cual el resultado del tratamiento puede ser más positivo. Hasta ahora, la biopartícula más pequeña que se podía separar por tamaño al utilizar tecnologías en un chip era aproximadamente 50 veces más grande o incluso mayor, por ejemplo, la separación de células tumorales circulantes, de otros componentes biológicos.

IBM está colaborando con un equipo de la Icahn School of Medicine en Mount Sinai para continuar el desarrollo de esta tecnología lab-on-a-chip y planea probarla con el cáncer de próstata, el cáncer más común en hombres en los EE.UU.

En la era de la medicina de precisión, los exosomas son considerados cada vez más como biomarcadores útiles para el diagnóstico y pronóstico de tumores malignos por lo que representan una herramienta biomédica valiosa.  Además, al ser liberados en fluidos corporales de fácil acceso como sangre, saliva u orina pueden usarse en el contexto de biopsias líquidas menos invasivas para revelar el origen y tipo de cáncer.

Los exosomas varían en tamaño de 20 a 140 nm y contienen información sobre la salud de la célula que los origina. La determinación del tamaño, las proteínas en superficie y la carga de ácido nucleico de los exosomas puede dar información esencial sobre la presencia y el estado de un cáncer y otras enfermedades que evolucionan.

Los resultados de IBM muestran que sería posible separar y detectar partículas de 20 nm de partículas más pequeñas, que los exosomas de 100 nm y tamaños mayores podrían ser separados de exosomas más pequeños, y que la separación puede tener lugar a pesar de la difusión, un rasgo distintivo de la dinámica de partículas en todas estas escalas pequeñas. Con Mt. Sinai, el equipo de IBM planea confirmar que su dispositivo es capaz de captar exosomas con biomarcadores específicos del cáncer en biopsias líquidas de pacientes.

“La capacidad de clasificar y enriquecer biomarcadores a nanoescala en tecnologías basadas sobre un chip abre la puerta a comprender enfermedades como el cáncer y virus como la gripe o el Zika,” explicó Gustavo Stolovitzky, Director del Programa de Biología de Sistemas Traslacionales y Nanobiotecnología de IBM Research. “Nuestro dispositivo lab-on-a-chip podría ofrecer una opción simple, no invasiva y de costo accesible para potencialmente detectar y monitorear una enfermedad incluso en sus etapas más tempranas, mucho antes de que se manifiesten los síntomas físicos. Esta cantidad de tiempo extra permite a los médicos tomar decisiones más informadas y cuando el pronóstico para el tratamiento es más positivo.”

Con la capacidad de clasificar biopartículas a nanoescala, Mt. Sinai espera que la tecnología de IBM pueda proporcionar un nuevo método para inspeccionar los mensajes transportados por los exosomas en las comunicaciones entre células. Esto puede contribuir a responder grandes interrogantes sobre la biología de las enfermedades, además de allanar el camino para herramientas de diagnóstico en el punto de atención, no invasivas y potencialmente accesibles. Un seguimiento periódico de esta conversación intercelular podría permitir a los expertos médicos rastrear el estado de salud de una persona o el avance de una enfermedad.

Clasificando biopartículas a nanoescala

Las tecnologías lab-on-a-chip se han convertido en una herramienta de diagnóstico muy útil para los médicos, ya que pueden ser mucho más veloces, portables y fáciles de usar, y requieren menos volumen de muestra para ayudar a detectar enfermedades. El objetivo es reducir a un único chip de silicio todos los procesos necesarios para analizar una enfermedad, algo que se llevaría a cabo en un laboratorio de bioquímica completo.

Utilizando una tecnología denominada desplazamiento lateral determinista a nanoescala, o nano-DLD, los científicos de IBM Dr. Joshua Smith y Dr. Benjamin Wunsch lideraron el desarrollo de una tecnología lab-on-a-chip que permite que una muestra líquida pase, en un flujo continuo, a través de un chip de silicio que contiene un conjunto de pilares asimétricos. Este conjunto permite al sistema clasificar una cascada microscópica de nanopartículas, separando las partículas por tamaño hasta una resolución de decenas de nanómetros. IBM ya ha reducido el tamaño del chip a 2 cm por 2 cm, al tiempo que continúa el desarrollo para aumentar la densidad del dispositivo a fin de mejorar la funcionalidad y la productividad.

Fuente: IBM