Nanotubos de carbono del dispositivo microfluídico. Fuente: MIT.
Un ingeniero de la Universidad de Harvard y un ingeniero aeronáutico del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado un dispositivo capaz de detectar células cancerígenas individuales en una muestra de sangre.
Este avance permitirá a los médicos determinar rápidamente si el cáncer se está expandiendo a partir de su lugar inicial, explica el MIT en un comunicado. Además, este dispositivo, que es tan minúsculo como una moneda de diez céntimos, es capaz de detectar virus como el VIH, causante de la enfermedad del SIDA.
Aplicación de nanoingeniería aeronáutica
Uno de sus creadores, el profesor de ingeniería médica de la Escuela Médica de Harvard y miembro de la división Harvard-MIT de ciencias y tecnología de la salud, Mehmet Toner, señala que, con el tiempo, la tecnología creada servirá para fabricar tests de bajo coste que puedan ser utilizados por especialistas en países en vías de desarrollo. En estos países, los elevados precios de otros equipos de diagnóstico suelen ser un obstáculo para la detección de enfermedades.
Hace cuatro años, Toner creó una versión inicial de este dispositivo. En ésta, se hacía pasar una muestra de sangre de un paciente a través de decenas de miles de finísimos postes de silicio, que estaban cubiertos con anticuerpos a los que se adherían las células tumorales.
Cualquier célula cancerígena que tocara dichos postes quedaba así atrapada por ellos. Sin embargo, los investigadores comprobaron que esta primera versión del aparato dejaba escapar a algunas de estas células, aquéllas que no llegaban a entrar en contacto con los postes.
Toner pensó entonces que, si conseguía que estos postes fueran porosos en lugar de sólidos, iba a ser más probable que todas las células cancerígenas que pasaran a través de ellos fuesen atrapados.
Este avance permitirá a los médicos determinar rápidamente si el cáncer se está expandiendo a partir de su lugar inicial, explica el MIT en un comunicado. Además, este dispositivo, que es tan minúsculo como una moneda de diez céntimos, es capaz de detectar virus como el VIH, causante de la enfermedad del SIDA.
Aplicación de nanoingeniería aeronáutica
Uno de sus creadores, el profesor de ingeniería médica de la Escuela Médica de Harvard y miembro de la división Harvard-MIT de ciencias y tecnología de la salud, Mehmet Toner, señala que, con el tiempo, la tecnología creada servirá para fabricar tests de bajo coste que puedan ser utilizados por especialistas en países en vías de desarrollo. En estos países, los elevados precios de otros equipos de diagnóstico suelen ser un obstáculo para la detección de enfermedades.
Hace cuatro años, Toner creó una versión inicial de este dispositivo. En ésta, se hacía pasar una muestra de sangre de un paciente a través de decenas de miles de finísimos postes de silicio, que estaban cubiertos con anticuerpos a los que se adherían las células tumorales.
Cualquier célula cancerígena que tocara dichos postes quedaba así atrapada por ellos. Sin embargo, los investigadores comprobaron que esta primera versión del aparato dejaba escapar a algunas de estas células, aquéllas que no llegaban a entrar en contacto con los postes.
Toner pensó entonces que, si conseguía que estos postes fueran porosos en lugar de sólidos, iba a ser más probable que todas las células cancerígenas que pasaran a través de ellos fuesen atrapados.
Mehmet Toner. Fuente: Harvard-MIT Health Sciences and Technology.
Para introducir esta innovación, el investigador pidió ayuda a Brian Wardle, un profesor de aeronáutica y cosmonáutica del MIT, experto en el diseño de materiales compuestos con nanoingeniería (ingeniería a escala de nanómetros, un nanómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro) destinados a fortalecer partes de las aeronaves.
Detección crucial
El fruto de esta colaboración ha sido un nuevo dispositivo microfluídico, lleno de nanotubos de carbono, que recopila las células cancerígenas con una eficiencia ocho veces mayor que la de la versión original del aparato.
Las llamadas células tumorales circulantes (que son aquéllas que se liberan del tumor original) son normalmente muy difíciles de detectar porque su presencia es muy escasa. Normalmente, en una muestra de un mililitro de sangre, puede haber sólo varias células de este tipo. En la misma muestra hay además decenas de miles de millones de células sanguíneas corrientes.
Sin embargo, la detección de las células tumorales circulantes es crucial para determinar si un cáncer ha hecho metástasis (se ha extendido a otras partes del organismo). Según Wardle: “De todas las muertes por cáncer, el 90% no están ocasionadas por el tumor inicial, sino por tumores que se han extendido a partir del primero”.
Bosques de nanotubos
En el diseño de materiales avanzados, Wardle usa a menudo nanotubos de carbono, que son cilindros diminutos y vacíos, cuyas paredes están entramadas con átomos de carbono.
Los llamados “bosques de nanotubos” son muy porosos: cada centímetro cuadrado de un conjunto de entre 10 mil millones y 100 mil millones de nanotubos de carbono estaría compuesto de un uno por ciento de carbono y de un 99 de aire. Esto, aplicado a los análisis de sangre, significa que las muestras fluyan muy bien a través de dichos bosques.
En el nuevo dispositivo microfluídico, los científicos colocaron diversas disposiciones geométricas de bosque de nanotubos de carbono y, como en el aparato original, la superficie de cada tubo fue recubierta con anticuerpos específicos para las células cancerígenas.
Pero al ser tan fácil para la sangre atravesar el bosque de nanotubos como rodearlo, gracias a la porosidad de éste, ha aumentado mucho la posibilidad de que las células cancerígenas queden atrapadas en el proceso.
Pronto en el mercado
El dispositivo micorfluídico desarrollado puede adaptarse cubriendo las superficies de los nanotubos con anticuerpos distintos, destinados a captar diversos tipos de virus o células.
Asimismo, cambiar el espaciamiento entre las facciones geométricas de nanotubos permite que éstos capturen objetos de diverso tamaño, desde células tumorales de un diámetro de una micra (0,001 milímetros) hasta virus que miden sólo 40 nanómetros.
En pruebas realizadas, se ha demostrado que con este aparato es posible el reconocimiento biomolecular específico de células, bacterias y partículas del tamaño de virus, afirman los investigadores en un artículo publicado por Small.
Toner y Wardle están empezando ahora a preparar el dispositivo para el diagnóstico del virus del SIDA. Por otro lado, el aparato para la detección de células tumorales circulantes está ya siendo probado en varios hospitales, y podría llegar al mercado en los próximos años.
Detección crucial
El fruto de esta colaboración ha sido un nuevo dispositivo microfluídico, lleno de nanotubos de carbono, que recopila las células cancerígenas con una eficiencia ocho veces mayor que la de la versión original del aparato.
Las llamadas células tumorales circulantes (que son aquéllas que se liberan del tumor original) son normalmente muy difíciles de detectar porque su presencia es muy escasa. Normalmente, en una muestra de un mililitro de sangre, puede haber sólo varias células de este tipo. En la misma muestra hay además decenas de miles de millones de células sanguíneas corrientes.
Sin embargo, la detección de las células tumorales circulantes es crucial para determinar si un cáncer ha hecho metástasis (se ha extendido a otras partes del organismo). Según Wardle: “De todas las muertes por cáncer, el 90% no están ocasionadas por el tumor inicial, sino por tumores que se han extendido a partir del primero”.
Bosques de nanotubos
En el diseño de materiales avanzados, Wardle usa a menudo nanotubos de carbono, que son cilindros diminutos y vacíos, cuyas paredes están entramadas con átomos de carbono.
Los llamados “bosques de nanotubos” son muy porosos: cada centímetro cuadrado de un conjunto de entre 10 mil millones y 100 mil millones de nanotubos de carbono estaría compuesto de un uno por ciento de carbono y de un 99 de aire. Esto, aplicado a los análisis de sangre, significa que las muestras fluyan muy bien a través de dichos bosques.
En el nuevo dispositivo microfluídico, los científicos colocaron diversas disposiciones geométricas de bosque de nanotubos de carbono y, como en el aparato original, la superficie de cada tubo fue recubierta con anticuerpos específicos para las células cancerígenas.
Pero al ser tan fácil para la sangre atravesar el bosque de nanotubos como rodearlo, gracias a la porosidad de éste, ha aumentado mucho la posibilidad de que las células cancerígenas queden atrapadas en el proceso.
Pronto en el mercado
El dispositivo micorfluídico desarrollado puede adaptarse cubriendo las superficies de los nanotubos con anticuerpos distintos, destinados a captar diversos tipos de virus o células.
Asimismo, cambiar el espaciamiento entre las facciones geométricas de nanotubos permite que éstos capturen objetos de diverso tamaño, desde células tumorales de un diámetro de una micra (0,001 milímetros) hasta virus que miden sólo 40 nanómetros.
En pruebas realizadas, se ha demostrado que con este aparato es posible el reconocimiento biomolecular específico de células, bacterias y partículas del tamaño de virus, afirman los investigadores en un artículo publicado por Small.
Toner y Wardle están empezando ahora a preparar el dispositivo para el diagnóstico del virus del SIDA. Por otro lado, el aparato para la detección de células tumorales circulantes está ya siendo probado en varios hospitales, y podría llegar al mercado en los próximos años.