Nada podría ser más simple: se coloca una gota de sangre en una sustancia portadora especial; después de esperar unos minutos, el portaobjetos se coloca en un dispositivo que emite luz polarizada gracias a un filtro de polarización económico. Está cubierto con untapa que contiene un segundo filtro de polarización, que bloquea la luz de todos los materiales, excepto los cristalinos o los materiales con propiedades direccionales.
Si la luz es visible a través del filtro de polarizador cruzado, se realiza un diagnóstico positivo. A través de esto, es posible una detección inmediata de "sí o no". También es posible medir la intensidad de la luz y, por lo tanto, la cantidad de patógeno,a través de un simple medidor de luz conectado a un teléfono inteligente y controlado a través de una aplicación.
Lo que parece casi ciencia ficción ahora se ha convertido en realidad. El grupo de investigación dirigido por Raffaele Mezzenga, profesor de alimentos y materiales blandos, ha publicado recientemente un artículo científico en el que presenta una nueva prueba rápida que puede detectar no solo los parásitos de la malaria sino tambiéntambién virus como el VIH o el Ébola, diversas bacterias o biomarcadores, como la glucosa o el colesterol.
Los métodos de detección no solo son extremadamente rápidos; también son considerablemente menos costosos en comparación con otros métodos de detección. El dispositivo de polarización cuesta solo CHF 20, dice Jijo Vallooran, primer autor del artículo, que acaba de ser publicado en la revista Materiales funcionales avanzados .
birrefringencia explotada
Aunque el concepto detrás de esta nueva tecnología es muy general y parece tan fácil de operar, la base científica que subyace a la invención de los investigadores de ETH es extremadamente compleja.
Los científicos usan el fenómeno de la birrefringencia de la luz polarizada de los cristales líquidos liotrópicos a base de lípidos, que consisten en estructuras autoensambladas de moléculas de grasa en agua. El grupo del Prof. Mezzenga ha estado trabajando con estos cristales líquidos durante mucho tiempo ylos explota también para otras aplicaciones, como la administración de fármacos y la cristalización de proteínas.
Los cristales líquidos liotrópicos se organizan en redes especiales con una simetría única, lo que significa que su motivo básico se repite periódicamente. En el caso de las fases cúbicas de cristal líquido, los canales están formados por membranas de bicapa lipídica en agua y tienen un diámetro de solo unpocos nanómetros, por lo que solo hay pocas moléculas de agua libre disponibles en el cristal líquido, mientras que la mayoría está unida a las paredes del canal. Estas fases cúbicas de cristal líquido son isotrópicas, o lo que es lo mismo, no tienen propiedades birrefringentes, lo que significa que siSe coloca un portaobjetos con una capa de películas de cristal líquido liotrópico debajo de una fuente de luz que permite el paso de la luz polarizada, aparece negra cuando se observa a través de otro polarizador inclinado a 90 °
Las reacciones enzimáticas generan una señal
Para lograr la birrefringencia y así recibir una señal, los investigadores buscaron nuevamente en su bolsa de trucos: agregaron ciertas enzimas al cristal líquido para permitir que se produzca una reacción química en los nanotubos. Dado que solo una pequeña cantidad de agua es libredisponible en los nanotubos, los productos de las reacciones precipitaron juntos para formar cristales, que son en sí mismos birrefringentes.
Una mirada más cercana a la muestra a través de un segundo filtro de polarización colocado encima de ella y perpendicular al primero muestra un patrón de luz en los casos en que la enzima ha reaccionado con la sustancia probada. "Este patrón de birrefringencia es la única señal que necesitamos usarpara diagnósticos y análisis ", dice Mezzenga.
Al comienzo de su investigación, los científicos probaron su sistema con compuestos químicos que pueden convertirse enzimáticamente. Luego refinaron su método y lo adaptaron para sustancias médicamente relevantes, como la glucosa y el colesterol. En otros pasos, ampliaron el alcancea pruebas en bacterias y virus, comenzando con el virus VIH.
Eventualmente, Mezzenga, Vallooran y colegas, pudieron demostrar que su método también podría adaptarse para diagnosticar la malaria causada por parásitos de Plasmodium. "El parásito de Plasmodium invade los eritrocitos y digiere la hemoglobina. El componente del hemo, que es tóxico para los parásitos, escristalizado y, por lo tanto, tiene superficies inherentemente birrefringentes. Por lo tanto, no es necesario marcarlo con anticuerpos y no se requiere reacción enzimática ", explica Mezzenga.
Normalmente, los virus y las bacterias deben hacerse visibles y químicamente activos con anticuerpos específicos con enzimas acoplados a ellos antes de que puedan detectarse por birrefringencia.
Flexible, económico, práctico
"Nuestro sistema de prueba puede extenderse a una gran cantidad de virus o bacterias diferentes. Es totalmente flexible", subraya Vallooran. Como es tan fácil de usar y porque solo se necesita un conjunto de conjugados de anticuerpo-enzima para detectar virus, los investigadores de ETH creen que se puede usar particularmente en áreas donde el costoso equipo de laboratorio no es asequible ". Además de un refrigerador para almacenar los anticuerpos y las enzimas, el usuario solo necesita la caja para detectar la luz polarizada y la sustancia transportadora de lípidos. Estoes muy barato ", dice Vallooran.
Los agentes patógenos como el VIH o incluso el Ébola pueden detectarse muy rápidamente y recibir un resultado confiable en menos de una hora. "Nuestra tecnología es muy adecuada para su uso en el campo y la detección temprana de enfermedades".
Los investigadores también han presentado una solicitud de patente para la nueva tecnología. "Queremos producir algo realmente útil", dice Vallooran. El potencial de este método de detección es extremadamente alto, particularmente cuando nuevas enfermedades que se propagan rápidamente brotan, comocomo la malaria o el ébola. Pero aún se necesita más financiación para llevar el desarrollo al mercado y los investigadores de ETH están trabajando activamente en ello.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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