Desde el COVID hasta el cáncer, una nueva prueba casera detecta enfermedades con sorprendente precisión
Una nueva tecnología utiliza el "efecto anillo de café", combinado con la plasmónica y la IA, para el diagnóstico rápido
¿Tienes dolor de garganta y resfriados? El reciente auge de las pruebas rápidas caseras ha facilitado la tarea de averiguar si padeces una enfermedad grave, como el Covid-19, o simplemente un brote de alergia primaveral. Sin embargo, aunque son rápidas y cómodas, estas pruebas caseras son menos sensibles que las que se realizan en la consulta del médico, lo que significa que el resultado puede ser negativo aunque esté infectado. La solución puede venir de la mano de una nueva tecnología de biosensores de bajo coste que podría hacer que las pruebas rápidas caseras fueran hasta 100 veces más sensibles a virus como el COVID-19. El diagnóstico podría ampliar el cribado rápido a otros tipos de alergias. El diagnóstico podría ampliar la detección rápida a otras enfermedades potencialmente mortales, como el cáncer de próstata y la sepsis. Creada por investigadores de la Universidad de California en Berkeley, la prueba combina un proceso de evaporación natural denominado "efecto anillo de café" con la plasmónica y la IA para detectar biomarcadores de enfermedad con notable precisión en cuestión de minutos.
Cuando una gota de líquido se evapora, las partículas suspendidas en el líquido migran de forma natural hacia el borde de la gota, dejando tras de sí un patrón en forma de "anillo de café" cuando el líquido se seca por completo. Los ingenieros de la UC Berkeley han utilizado este fenómeno natural para aumentar la sensibilidad de las pruebas diagnósticas preconcentrando los biomarcadores de enfermedades en forma de anillo. Esta ilustración muestra un anillo de biomarcadores de enfermedad, en púrpura, interactuando con una gota de líquido que contiene nanopartículas plasmónicas. Estas nanopartículas plasmónicas se unen a los biomarcadores de la enfermedad y generan patrones de luz que pueden detectarse con una aplicación de smartphone basada en inteligencia artificial.
Megan Teng/UC Berkeley
"Esta técnica sencilla pero eficaz puede ofrecer resultados muy precisos en una fracción de tiempo en comparación con los métodos de diagnóstico tradicionales", afirma Kamyar Behrouzi, que acaba de terminar un doctorado en sistemas microelectromecánicos y nanoingeniería en la Universidad de Berkeley. "Nuestro trabajo allana el camino hacia diagnósticos más asequibles y accesibles, especialmente en entornos de bajos recursos". La tecnología se desarrolló con el apoyo de financiación inicial del CITRIS y el Instituto Banatao de la UC Berkeley y se describe en un estudio reciente publicado en la revista Nature Communications.
Combinación de anillos de café y nanopartículas
Si mira de cerca cualquier mancha de café o vino, observará que el contorno de la mancha es mucho más oscuro que el interior. Esto se debe a un fenómeno físico llamado efecto anillo de café: Cuando una gota de líquido se evapora, genera un flujo que empuja las partículas en suspensión hacia el borde de la gota. Si las partículas están pigmentadas, como ocurre en el café y el vino, la mancha resultante será más oscura alrededor del borde que en el centro.
En 2020, Behrouzi estaba desarrollando un biosensor para detectar COVID-19 cuando observó que las gotas de su solución experimental dejaban manchas en forma de anillo al secarse. Se dio cuenta de que este efecto de anillo de café podía utilizarse para concentrar fácilmente partículas del virus COVID-19, lo que podría facilitar su detección. "Nos dimos cuenta de que podíamos utilizar este efecto de anillo de café para construir algo incluso mejor que lo que nos habíamos propuesto crear inicialmente", explica Behrouzi.
La tecnología de prueba rápida utiliza unas partículas diminutas llamadas nanopartículas plasmónicas que interactúan con la luz de formas únicas. Para realizar la prueba, el usuario añade primero a una membrana una gotita de líquido que contenga proteínas relevantes para la enfermedad, por ejemplo de un hisopo nasal o de la mejilla. Al secarse, la gota concentra los biomarcadores de la enfermedad en el anillo de café. A continuación, el usuario añade una segunda gota que contiene nanopartículas plasmónicas diseñadas para adherirse a los biomarcadores de la enfermedad. Si los biomarcadores están presentes, las nanopartículas se agregarán en determinados patrones que cambian la forma en que la luz interactúa con la membrana. Este cambio puede detectarse a simple vista o mediante una aplicación para smartphone basada en inteligencia artificial. La tecnología ofrece resultados en menos de 12 minutos y es 100 veces más sensible a la detección de COVID-19 que otras pruebas equivalentes.
"Una de las proteínas clave que somos capaces de detectar con este método es un biomarcador de sepsis, una respuesta inflamatoria potencialmente mortal a una infección bacteriana que puede desarrollarse rápidamente en personas mayores de 50 años", dijo el autor principal del estudio Liwei Lin, profesor distinguido de Ingeniería Mecánica en UC Berkeley. "Cada hora es crítica, pero el cultivo de bacterias para determinar el origen de la infección puede llevar varios días. Nuestra técnica podría ayudar a los médicos a detectar la sepsis en 10 o 15 minutos".
Los investigadores han creado un prototipo de kit de análisis casero, similar a los kits de análisis COVID caseros, que incluye componentes impresos en 3D para ayudar a guiar la colocación de la muestra y las gotitas plasmónicas.
"Durante la pandemia de COVID-19, dependíamos de las pruebas caseras para saber si estábamos infectados o no", afirma Lin. "Espero que nuestra tecnología facilite y haga más accesible a la gente la detección periódica de afecciones como el cáncer de próstata sin salir de casa".
Otros coautores del estudio son Zahra Khodabakhshi Fard, Chun-Ming Chen, Peisheng He y Megan Teng, de la UC Berkeley.
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