Un equipo de investigadores de la Universidad HSE, Skoltech, MPGU y MISIS ha desarrollado un sensor nanofotónico-microfluídico cuyas posibles aplicaciones incluyen la detección del cáncer, el seguimiento y la evaluación de la respuesta al tratamiento. Hoy, el dispositivo puede identificar gases y líquidos disueltos en bajas concentraciones con un alto grado de precisión. El artículo está publicado en Cartas de óptica.
Según la Organización Mundial de la Salud, en 2020 la carga mundial de cáncer se estimó en 19,3 millones de casos nuevos y 10 millones de muertes. Los expertos de la OMS creen que aproximadamente el 30% de los nuevos casos podrían prevenirse y aproximadamente la misma proporción podría curarse con una detección temprana.
Hoy en día, un «laboratorio en un chip» es un dispositivo sensor en miniatura capaz de realizar análisis bioquímicos complejos que se consideran uno de los enfoques más prometedores para la detección temprana del cáncer. Investigadores rusos han desarrollado un nuevo sensor híbrido nanofotónico-microfluídico para el análisis altamente sensible de líquidos y gases a muy baja concentración en soluciones.
Según Gregory Goltsman, profesor de HSE MIEM, el «estudio es un paso importante hacia la creación de un dispositivo compacto de laboratorio en un chip capaz no solo de realizar un conjunto completo de análisis de sangre, sino también de detectar biomarcadores de cáncer en una etapa temprana utilizando un pequeña cantidad de la sangre del paciente Idealmente, nuestro objetivo es crear un pequeño dispositivo portátil [that needs] solo una gota de sangre. Al presionar un botón, el médico vería los resultados, por ejemplo, que los parámetros son normales o que se requieren más pruebas».
El dispositivo actual consta de sensores ópticos nanofotónicos en un chip en combinación con canales microfluídicos sobre la superficie del sensor. Los fluidos o gases bombeados a través de los canales afectan la propagación de la radiación óptica en los dispositivos nanofotónicos altamente sensibles, cambiando las características espectrales de la salida. Al examinar estos cambios, los investigadores pueden determinar la composición de la muestra.
Una característica especial del dispositivo es el diminuto tamaño de los canales de microfluidos que entregan las muestras a los sensores. Esto hace posible obtener resultados incluso a partir de muestras muy pequeñas, algo que puede ser fundamental cuando el análisis in situ no es factible y las muestras deben transportarse a otro lugar para su examen.
La sangre humana contiene ciertos componentes que pueden ser valiosos para diagnósticos preliminares de enfermedades oncológicas. Dichos componentes incluyen vesículas extracelulares (exosomas). Los exosomas son vesículas microscópicas liberadas en el espacio intercelular por células de tejidos y órganos.
«Las células se comunican entre sí mediante el uso de vesículas extracelulares, como los exosomas, para enviar mensajes», dice Dmitry Gorin, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo. Sin embargo, ciertos factores, ya sean internos (predisposición genética) o externos (ambientales, como la radiación), pueden alterar el funcionamiento normal de una célula, lo que hace que envíe mensajes erróneos, lo que lleva a una división celular descontrolada y al crecimiento de tumores».
En una etapa temprana del cáncer, las concentraciones sanguíneas de exosomas tienden a aumentar hasta alcanzar valores analíticamente significativos, lo que indica la presencia de cáncer, por lo que esto convierte a los exosomas en un biomarcador potencialmente útil en oncología. El equipo de investigación planea perfeccionar aún más su dispositivo para que pueda usarse para este método de detección del cáncer.
Hasta ahora, el sensor no ha sido probado en muestras de sangre, sino en soluciones acuosas de alcohol isopropílico en 20 concentraciones diferentes, desde 0,08 % hasta 72 % en peso. Dado que el alcohol es altamente soluble en agua, fue posible utilizar concentraciones muy bajas. Por ejemplo, el sensor detectó isopropanol en una solución que contenía 12 moléculas de alcohol por millón de moléculas de agua. Actualmente, el dispositivo solo puede analizar soluciones de dos componentes, pero los autores planean hacerlo adecuado para analitos de múltiples componentes cubriendo receptores especiales (aptámeros, anticuerpos, DARPins y péptidos) en la superficie del sensor usando canales de microfluidos.
«Hoy en día, el equipo experimental necesario para el funcionamiento del dispositivo es bastante voluminoso. La configuración incluye una bomba peristáltica, un láser sintonizable, un fotodetector, un chip y una PC para procesar los datos», explica el autor del artículo, Aleksei Kuzin, graduado de HSE. y actual estudiante de doctorado en Skoltech. «En el futuro, esperamos producir un dispositivo compacto y portátil para pruebas rápidas que reduzca el tiempo y el costo del diagnóstico del cáncer, el seguimiento y la evaluación de la respuesta al tratamiento».
Aleksei Kuzin et al, Sensor híbrido nanofotónico-microfluídico para análisis de líquidos y gases altamente sensibles, Letras de óptica (2022). DOI: 10.1364/OL.457309
Proporcionado por la Escuela Superior de Economía de la Universidad Nacional de Investigación
Citación: Los investigadores desarrollan un sensor híbrido que podría ayudar a diagnosticar el cáncer (17 de junio de 2022) recuperado el 18 de junio de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-06-hybrid-sensor-cancer.html
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