El estudiante graduado Dohwan Lee (primer plano) prueba el nuevo y mejorado ensayo de flujo de líquido desarrollado en el laboratorio de Fatih Sarioglu (izquierda). El investigador postdoctoral Tevhide Ozkaya-Ahmadov (centro) es coautor del estudio publicado recientemente por el equipo. Crédito: Allison Carter
Los ensayos de flujo lateral (LFA, a menudo llamados «tiras reactivas») han sido una plataforma estándar de pruebas en el punto de atención durante décadas y siguen creciendo en popularidad, especialmente en los países en desarrollo. Estos dispositivos de diagnóstico desechables basados en papel son asequibles, ampliamente disponibles, tienen una larga vida útil y son rápidos, por lo general entregan los resultados de las pruebas en menos de 20 minutos.
También son fáciles de usar en casa. El usuario agrega unas gotas de una muestra de saliva, sangre u orina, por ejemplo, a un extremo de la tira reactiva y, en cuestión de minutos, lee los resultados en el otro extremo.
La tecnología se ha utilizado ampliamente para determinar la presencia o ausencia de biomarcadores en humanos, así como contaminantes en agua o alimentos. Más comúnmente, la tecnología LFA se usa para pruebas de embarazo en el hogar. Y más recientemente, la tecnología LFA se ha utilizado con éxito en pruebas caseras para COVID-19.
«Estas pruebas han sido extremadamente populares durante años, principalmente porque son muy fáciles de usar. No enviar cualquier cosa al laboratorio o clínica porque estas pruebas no requieren ningún equipo externo para funcionar. Esto es una ventaja», dijo el investigador de ingeniería Fatih Sarioglu, que dirige el Laboratorio de Microsistemas Biomédicos en el Instituto de Tecnología de Georgia. «Pero también hay una desventaja. Hay limitaciones en lo que pueden hacer».
Al reconocer la gran popularidad y practicidad de las tiras reactivas, particularmente en entornos con recursos limitados, Sarioglu y su equipo de investigación están superando esas limitaciones. con el desarrollo de una tecnología de control de flujo, convirtiendo estas pruebas simples en ensayos biomédicos complejos.
Explican su investigación y su énfasis en la tecnología de flujo en dos artículos publicados recientemente en las revistas Science Advances y ACS Sensors. Uno explica el desarrollo de su tecnología y el otro aplica la tecnología en un conjunto de herramientas para diagnosticar el nuevo coronavirus, así como la influenza.
El nuevo ensayo de flujo de líquido desechable y fácil de usar incluye una unidad de calentamiento (en espera) y el ensayo basado en papel («tira reactiva») con controlador de flujo incorporado (cargado con soluciones de tinte para fines de demostración), que muestra la liberación secuencial de diferentes fluidos a los puntos de reacción. Crédito: Allison Carter
Control del flujo
Los LFA utilizan el flujo de líquido capilar para detectar analitosel flujo capilar es el proceso por el cual el líquido pasa a través de un pasaje estrecho (como un capilar); los analitos son sustancias o productos químicos de interés, como anticuerpos o proteínas, en un procedimiento analítico (como un LFA).
Sarioglu explicó que los LFA convencionales no son prácticos para realizar ensayos de varios pasos, ya que el flujo capilar les impide coordinar un proceso complejo que incluye la aplicación de múltiples reactivos en una secuencia específica con retrasos específicos en el medio.
En los estudios publicados recientemente, el equipo describe una técnica para controlar el flujo capilar imprimiendo barricadas en un papel laminado con tinta insoluble en agua. El flujo de líquido bloqueado se manipula así en un vacío formado en la interfaz del papel infundido con tinta y el laminado de cinta de polímero. Al modificar los obstáculos, los investigadores pueden establecer esencialmente el tiempo que tarda en formarse un vacío y crear temporizadores que mantengan el flujo capilar durante un período deseado.
«Al imprimir estratégicamente estos temporizadores, podemos programar los ensayos para coordinar diferentes flujos capilares», dijo Sarioglu, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática. «Eso permite la introducción de múltiples líquidos y reacciones químicas de varios pasos, con tiempos de incubación óptimos, de modo que podemos realizar ensayos complejos y automatizados que, de lo contrario, normalmente tendrían que realizarse en laboratorios. Esto nos lleva más allá del LFA convencional».
Este es el ensayo de flujo de líquido completamente ensamblado desarrollado en el laboratorio de Sarioglu. Crédito: Allison Carter
Laboratorio desechable
Para el usuario, la nueva prueba con tira reactiva funciona de la misma manera que el estándar confiable: se agrega una muestra en un extremo y los resultados se presentan minutos después en colores vivos. ) en el otro extremo. Sarioglu y sus colegas simplemente mejoraron y ampliaron el proceso intermedio.
Básicamente, dibujaron patrones en una tira reactiva de papel y crearon inmunoensayos que rivalizan con otras pruebas de diagnóstico que requieren laboratorios y equipo adicional, en la detección efectiva de objetivos patógenos como el Zika. virus, VIH, virus de la hepatitis B o malaria, entre otros.
El artículo en ACS Sensors describe un kit de herramientas de punto de atención basado en PCR basado en la tecnología de flujo del laboratorio. El ensayo está programado para ejecutar una secuencia de reacciones químicas para detectar SARS-CoV-2 (síndrome respiratorio severo-coronavirus 2) y/o influenza A e influenza B. Un ensayo genético tradicionalmente laborioso ahora se puede realizar en una plataforma desechable que permitirá autoevaluaciones frecuentes y bajo demanda, satisfaciendo una necesidad crítica de rastrear y contener brotes.
El laboratorio está estudiando la aplicación de la tecnología para otros ensayos dirigidos a otros patógenos, con planes de publicar en los próximos meses. Sarioglu es optimista de que el trabajo tendrá implicaciones en el desafío actual de atención médica con COVID-19 y más allá.
«Creemos que esta investigación de tecnología de flujo tendrá un impacto generalizado», dijo. «Este tipo de prueba de tira reactiva es muy utilizada por el público para pruebas biomédicas, y ahora se puede traducir a otras aplicaciones que tradicionalmente no consideramos que estén diseñadas para estas pruebas simples».
Explore más
Investigadores desarrollan dos nuevas pruebas de diagnóstico rápido de COVID-19 Más información: Dohwan Lee et al, Control de flujo capilar en ensayos de flujo lateral a través de temporizadores de deslaminación, Science Advances (2021) . DOI: 10.1126/sciadv.abf9833
Dohwan Lee et al, Kit de herramientas de punto de atención para el diagnóstico molecular múltiplex del SARS-CoV-2 y los virus de la influenza A y B, sensores ACS (2021). DOI: 10.1021/acssensors.1c00702 Información de la revista: Science Advances , ACS Sensors