Un parche de microagujas casi indoloro puede detectar anticuerpos y más en el líquido entre las células
Ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un parche de microagujas que se puede aplicar a la piel y capturar un biomarcador de interés del líquido intersticial y, gracias a su sensibilidad sin precedentes, permite a los médicos detectar su presencia. Crédito: Sisi Cao
Las extracciones de sangre no son divertidas.
Duele. Las venas también pueden reventar o incluso rodar como si estuvieran tratando de evitar la aguja.
A menudo, los médicos usan muestras de sangre para buscar biomarcadores de enfermedades: anticuerpos que señalan una infección viral o bacteriana, como el SARS -CoV-2, el virus responsable del COVID-19; o citocinas indicativas de inflamación que se observan en afecciones como la artritis reumatoide y la sepsis.
Sin embargo, estos biomarcadores no se encuentran solo en la sangre. También se pueden encontrar en el medio líquido denso que rodea nuestras células, pero en una abundancia baja que dificulta su detección.
Hasta ahora.
Ingenieros de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un parche de microagujas que se puede aplicar a la piel, capturar un biomarcador de interés y, gracias a su sensibilidad sin precedentes, permitir a los médicos detectar su presencia.
El La tecnología es de bajo costo, fácil de usar para un médico o los propios pacientes, y podría eliminar la necesidad de un viaje al hospital solo para una extracción de sangre.
La investigación, del laboratorio de Srikanth Singamaneni, el Lilyan & E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencias de los Materiales, se publicó en línea el 22 de enero en la revista Nature Biomedical Engineering.
Además del bajo costo y la facilidad de uso, estas microagujas Los parches tienen otra ventaja sobre las extracciones de sangre, quizás la característica más importante para s ome: «Son completamente indoloros», dijo Singamaneni.
Encontrar un biomarcador usando estos parches de microagujas es similar a un análisis de sangre. Pero en lugar de usar una solución para encontrar y cuantificar el biomarcador en la sangre, las microagujas lo capturan directamente del líquido que rodea nuestras células en la piel, que se llama fluido intersticial dérmico (ISF). Una vez que se han capturado los biomarcadores, se detectan de la misma manera utilizando fluorescencia para indicar su presencia y cantidad.
ISF es una rica fuente de biomoléculas, densamente repleta de todo, desde neurotransmisores hasta desechos celulares. Sin embargo, para analizar biomarcadores en ISF, el método convencional generalmente requiere la extracción de ISF de la piel. Este método es difícil y normalmente la cantidad de ISF que se puede obtener no es suficiente para el análisis. Ese ha sido un gran obstáculo para el desarrollo de tecnología de biodetección basada en microagujas.
Otro método involucra la captura directa del biomarcador en ISF sin tener que extraer ISF. Al igual que presentarse en un concierto repleto y tratar de llegar al frente, el biomarcador tiene que maniobrar a través de una sopa dinámica y abarrotada de ISF antes de alcanzar la microaguja en el tejido de la piel. En tales condiciones, ser capaz de capturar suficiente biomarcador para ver usando el ensayo tradicional no es fácil.
Pero el equipo tiene una especie de arma secreta: «plasmonic-fluors», una nanoetiqueta de fluorescencia ultrabrillante. . En comparación con las etiquetas fluorescentes tradicionales, cuando se realizó un ensayo en un parche de microagujas con fluor plasmónico, la señal de los biomarcadores de la proteína diana brilló unas 1400 veces más y se volvió detectable incluso cuando estaban presentes en concentraciones bajas.
«Anteriormente, las concentraciones de un biomarcador tenían que ser del orden de unos pocos microgramos por mililitro de líquido», dijo Zheyu (Ryan) Wang, estudiante graduado en el laboratorio Singamaneni y uno de los autores principales del artículo. Eso está mucho más allá del rango fisiológico del mundo real. Pero usando fluor plasmónico, el equipo de investigación pudo detectar biomarcadores del orden de picogramos por mililitro.
«Eso es un orden de magnitud más sensible», dijo Ryan.
Estos parches tienen una gran cantidad de cualidades que pueden tener un impacto real en la medicina, la atención al paciente y la investigación.
Permitirían a los proveedores monitorear los biomarcadores a lo largo del tiempo, lo que es particularmente importante cuando se trata de comprender cómo se desarrolla la inmunidad en nuevas enfermedades. .
Por ejemplo, los investigadores que trabajan en las vacunas contra el COVID-19 necesitan saber si las personas están produciendo los anticuerpos correctos y por cuánto tiempo. «Pongámosle un parche», dijo Singamaneni, «y veamos si la persona tiene anticuerpos contra el COVID-19 y en qué nivel».
O, en una emergencia, «Cuando alguien se queja de dolor en el pecho y están siendo llevados al hospital en una ambulancia, esperamos que en ese mismo momento se pueda aplicar el parche», Jingyi Luan, estudiante que se graduó recientemente del laboratorio Singamaneni y uno de los autores principales del artículo, dijo. En lugar de tener que ir al hospital y que le extraigan sangre, los técnicos de emergencias médicas podrían usar un parche con microagujas para analizar la troponina, el biomarcador que indica infarto de miocardio.
Para las personas con afecciones crónicas que requieren un control regular, los parches con microagujas podría eliminar los viajes innecesarios al hospital, ahorrando dinero, tiempo y muchas molestias.
Los parches son casi indoloros. «Se adentran unas 400 micras en el tejido dérmico», dijo Singamaneni. «Ni siquiera tocan los nervios sensoriales».
En el laboratorio, el uso de esta tecnología podría limitar la cantidad de animales necesarios para la investigación. A veces, la investigación requiere muchas mediciones sucesivas para capturar el flujo y reflujo de los biomarcadores, por ejemplo, para monitorear la progresión de la sepsis. A veces, eso significa muchos animales pequeños.
«Podríamos reducir significativamente la cantidad de animales necesarios para tales estudios», dijo Singamaneni.
Las implicaciones son enormes y el laboratorio de Singamaneni quiere hacer seguro de que todos están explorados.
Hay mucho trabajo por hacer, dijo: «Tendremos que determinar los límites clínicos», es decir, el rango de biomarcador en ISF que corresponde a un nivel normal vs. nivel anormal. «Tendremos que determinar qué niveles de biomarcadores son normales, qué niveles son patológicos». Y su grupo de investigación está trabajando en métodos de entrega para largas distancias y condiciones difíciles, brindando opciones para mejorar la atención médica rural.
«Pero no tenemos que hacer todo esto nosotros mismos», dijo Singamaneni. En cambio, la tecnología estará disponible para expertos en diferentes áreas de la medicina.
«Hemos creado una tecnología de plataforma que cualquiera puede usar», dijo. «Y pueden usarlo para encontrar su propio biomarcador de interés».
No tenemos que hacer todo esto nosotros mismos
Singamaneni y Erica L. Scheller, profesora asistente de Medicina en la División de Enfermedades Óseas y Minerales de la Facultad de Medicina, trabajaron juntos para investigar la concentración de biomarcadores en tejidos locales.
Los enfoques actuales para dicha evaluación requieren el aislamiento de tejidos locales y no permiten e inspección continua. Singamaneni y Scheller están desarrollando una mejor plataforma para lograr un seguimiento a largo plazo de la concentración local de biomarcadores.
Trabajando juntos
Srikanth Singamaneni, Profesor Lilyan E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica & Materials Science, y Jai S. Rudra, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica, trabajaron juntos para analizar las vacunas contra la cocaína, que funcionan al bloquear la capacidad de la cocaína para ingresar al cerebro.
Los candidatos actuales para tal la vacuna no confiere resultados duraderos; requieren refuerzos frecuentes. Singamaneni y Rudra querían una mejor manera de determinar cuándo habían disminuido los efectos de la vacuna. «Hemos demostrado que podemos usar los parches para saber si una persona sigue produciendo los anticuerpos necesarios», dijo Singamaneni. «No es necesario extraer sangre».
Explore más
Parche cutáneo indoloro que recoge líquido para pruebas de diagnóstico Más información: Zheyu Wang et al, Parche de microagujas para la cuantificación ultrasensible de biomarcadores de proteínas en líquido intersticial, Nature Biomedical Engineering (2021) ). DOI: 10.1038/s41551-020-00672-y Información de la revista: Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por la Universidad de Washington en St. Louis Cita: Microaguja casi sin dolor el parche puede detectar anticuerpos y más en el líquido entre las células (23 de enero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-pain-free-microneedle-patch-antibodies-fluid.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.