martes, 29 de abril de 2014

PCR solar: con un poco de sol y un smartphone ya puedes hacer una PCR!


Hoy en día prácticamente todo el mundo tiene acceso a un teléfono móvil (cellular phone), incluso en los países en vías de desarrollo. Por eso, los ingenieros están desarrollando aplicaciones y modificaciones en los teléfonos móviles para transformarlos en poderosos sistemas para diagnosticar de forma muy sencilla enfermedades. Ya existen algunas aplicaciones que te permiten con un móvil cuantificar el pH, el colesterol o la vitamina D de una muestra de saliva o de sangre. Las posibilidades futuras son apasionantes.



Ahora, un grupo de ingenieros de la Universidad de Cornell en Nueva York, han combinado un smartphone con un sistema de calentamiento solar para realizar una reacción de PCR y analizar en DNA viral de un paciente.

La reacción de PCR consigue la amplificación de una secuencia concreta de DNA. Debido a su enorme sensibilidad, especificidad y capacidad de cuantificar, la PCR se emplea de forma rutinaria para diagnosticar gran cantidad de enfermedades. Un reacción típica de PCR consiste en la acción cíclica de la enzima DNA polimerasa. Normalmente, se combinan unos ciclos que van desde los 95ºC (desnaturalización del DNA) durante unos 30 segundos, seguido de 60ºC durante unos 45 segundos (dónde ocurre la unión específica de los cebadores con el DNA), y una etapa a 72ºC durante un minuto y medio (dónde se lleva a cabo la extensión o síntesis del DNA). Esta reacción se repite unas 30-40 veces de forma cíclica, con lo que se consigue amplificar un trocito de DNA millones de veces, para poder así luego detectarlo fácilmente.

Esta reacción de PCR se realiza en termocicladores, máquinas que son capaces de subir y bajar la temperatura en rangos que van desde los 4ºC hasta cerca de 100ºC, en intervalos de tiempo muy cortos y de forma cíclica. Para esto, se necesita energía, energía eléctrica. Esta es una de las causas por las que la tecnología PCR es difícil de realizar en zonas donde la infraestructura es limitada o no hay acceso fácil a la energía eléctrica.

Las baterías de un móvil no son muy potentes y no son capaces de llevar a cabo una reacción de PCR. Pero, el móvil sí que puede ayudarnos a monitorizar y controlar la reacción, y la energía solar (de fácil acceso, J está en todas partes) se puede emplear para llevar a cabo la amplificación del DNA.

Para ello, han diseñado un pequeño chip con microcanales donde se crean las condiciones de temperatura adecuadas para que ocurra la reacción de PCR. El chip está acoplado a una lente o lupa que concentra la luz solar y proporciona la energía necesaria. El teléfono móvil controla los parámetros y es capaz de leer la reacción final. Si ocurre la ampliación especifica, se genera una señal fluorescente que es recogida y procesada por el teléfono móvil.



Para comprobar que el sistema funciona, lo han ensayado primero con DNA de plásmidos y han sido capaces de detectar concentraciones de 10 copias/mL. Han comprobado también que, en días soleados de verano, la reacción tarda en llevarse a cabo unas 12 horas.  Sin embargo, reconocen que las nubes que pueden aparecer durante el día pueden afectar a la eficacia de la PCR. Una vez “puesta a punto”, ensayaron con éxito la técnica con muestras de biopsias de piel de personas con sarcoma de Kaposi, un tipo de cáncer muy frecuente en África y asociado a un virus herpes, el virus herpes humano de tipo 8. Ahora, los autores están buscando fondos para iniciar un ensayo clínico en África.

Es verdad que este sistema tiene el problema de que no puede ser empleado en zonas donde el sol no se deje ver mucho o en días nublados. No puedes decirle al paciente que espere al diagnóstico hasta que haga buen día, pero la propuesta de unir chips, móviles y energía solar es muy interesante. Es muy probable que en poco tiempo veamos en el mercado sistemas de diagnóstico muy sencillos y baratos, aunque sofisticados, que ayuden a controlar las enfermedades infecciosas allí dónde más se necesita: África

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Jiang, L., Mancuso, M., Lu, Z., Akar, G., Cesarman, E., & Erickson, D. (2014). Solar thermal polymerase chain reaction for smartphone-assisted molecular diagnostics Scientific Reports, 4 DOI: 10.1038/srep04137 

Erickson, D., O'Dell, D., Jiang, L., Oncescu, V., Gumus, A., Lee, S., Mancuso, M., & Mehta, S. (2014). Smartphone technology can be transformative to the deployment of lab-on-chip diagnostics Lab on a Chip DOI: 10.1039/C4LC00142G

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