La nueva tecnología desarrollada por bioingenieros de la Universidad de California, Berkeley, promete hacer que una herramienta de laboratorio sea más barata, más portátil y muchas veces más rápida al acelerar el calentamiento y enfriamiento de muestras genéticas con el interruptor de una luz.
Este ciclo térmico turboalimentado, descrito en un artículo en el diario Luz: Ciencia y aplicación , amplía enormemente las aplicaciones clínicas y de investigación de la prueba de reacción en cadena de la polimerasa PCR, con resultados en minutos en lugar de una hora o más.
La prueba de PCR, que amplifica una sola copia de una secuencia de ADN para producir miles a millones de copias, se ha vuelto vital en aplicaciones genómicas, que van desde la investigación de clonación hasta el análisis forense y las pruebas de paternidad. La PCR se utiliza en el diagnóstico precoz de hereditarioy enfermedades infecciosas, y para el análisis de muestras antiguas de ADN de momias y mamuts.
El gran impacto de la prueba de PCR en la ciencia moderna fue reconocido en 1993 con un Premio Nobel de Química por sus inventores, Kary Mullis y Michael Smith.
Usando diodos emisores de luz, o LED, los investigadores de UC Berkeley pudieron calentar electrones en la interfaz de películas delgadas de oro y una solución de ADN. Registraron la velocidad de calentamiento de la solución a aproximadamente 55 grados Fahrenheit por segundo.la velocidad de enfriamiento fue igualmente impresionante, llegando a unos 43,9 grados por segundo.
"La PCR es poderosa y se usa ampliamente en muchos campos, pero los sistemas de PCR existentes son relativamente lentos", dijo el autor principal del estudio Luke Lee, profesor de bioingeniería. "Por lo general, se realiza en un laboratorio porque el calentador convencional utilizapara esta prueba requiere mucha potencia y es costosa. Debido a que lleva una hora o más completar cada prueba, no es práctico para el diagnóstico en el punto de atención. Nuestro sistema puede generar resultados en minutos ".
La desaceleración en las pruebas de PCR convencionales proviene del tiempo que lleva calentar y enfriar la solución de ADN. La prueba de PCR requiere cambios repetidos de temperatura, un promedio de 30 ciclos térmicos a tres temperaturas diferentes, para amplificar la secuencia genética, unproceso que implica romper el ADN de doble cadena y unir la cadena simple con un cebador correspondiente. Con cada ciclo de calentamiento-enfriamiento, la cantidad de la muestra de ADN se duplica.
Para acelerar el ritmo de este ciclo térmico, Lee y su equipo de investigadores aprovecharon los plasmónicos o la interacción entre la luz y los electrones libres en la superficie de un metal. Cuando se exponen a la luz, los electrones libres se excitan y comienzan a oscilar, generando calor. Una vez que la luz se apaga, las oscilaciones y el calentamiento se detienen.
Resulta que el oro es un metal popular para este calentamiento fototérmico plasmónico porque es muy eficiente para absorber la luz. Tiene el beneficio adicional de ser inerte para los sistemas biológicos, por lo que puede usarse en aplicaciones biomédicas.
Para sus experimentos, los investigadores utilizaron películas delgadas de oro de 120 nanómetros de grosor, o aproximadamente el ancho de un virus de la rabia. El oro se depositó en un chip de plástico con pocillos microfluídicos para mantener la mezcla de PCR con la muestra de ADN.
La fuente de luz era un conjunto de LED listos para usar colocados debajo de los pozos de PCR. La longitud de onda máxima de la luz LED azul era de 450 nanómetros, sintonizada para obtener la conversión de luz a calor más eficiente.
Los investigadores pudieron realizar ciclos de 131 grados a 203 grados Fahrenheit 30 veces en menos de cinco minutos.
Probaron la capacidad del sistema de PCR fotónica para amplificar una muestra de ADN y descubrieron que los resultados se compararon bien con las pruebas de PCR convencionales.
"Este sistema de PCR fotónica es rápido, sensible y de bajo costo", dijo Lee, quien también es codirector del Centro de sensores y actuadores de Berkeley. "Se puede integrar en un chip de diagnóstico genómico ultrarrápido, que estamos desarrollandopara uso práctico en el campo. Debido a que esta tecnología produce resultados de punto de atención, podemos usar esto en una amplia gama de entornos, desde África rural hasta la sala de emergencias de un hospital ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Sarah Yang. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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