Desarrollo de fármacos - con decenas de miles de minúsculas gotitas en una pequeña placa de cristal
La ETH Zurich ha patentado el método y lo ha nominado para el premio Spark Award de este año; se está preparando una empresa derivada
Una placa de cristal, un tubo delicado y un baño de aceite es todo lo que se necesita: gracias a un nuevo método, los investigadores de la ETH de Zúrich pueden producir decenas de miles de gotitas diminutas en cuestión de minutos. Esto les permite probar enzimas e ingredientes activos con mayor rapidez, precisión y eficiencia de recursos que antes.
¿Qué ocurre cuando una enzima se encuentra con un principio activo potencial que se supone que inhibe o activa la enzima? En esto consiste precisamente el desarrollo de fármacos. Sin embargo, analizar la interacción de una enzima con una molécula de principio activo es extremadamente complejo. El grupo dirigido por Petra Dittrich, catedrática de Bioanalítica de la ETH de Zúrich, ha desarrollado un método que simplifica radicalmente estas pruebas: su método permite producir hasta 100.000 minúsculas gotitas que contienen enzimas y sustratos en una placa de vidrio, en apenas 40 minutos y sin utilizar una pipeta.
Hasta la fecha, la mayoría de los investigadores han utilizado placas de microtitulación para este tipo de análisis, que son placas de plástico estandarizadas de tamaño manual con hasta unos 1.500 pocillos. Cada uno de estos huecos es esencialmente un minitubo de ensayo que se rellena con pipetas. El nuevo método desarrollado por los investigadores de la ETH es mucho más eficaz, flexible y consume menos recursos.
Las gotas aterrizan con precisión milimétrica
El método se basa en una placa de vidrio recubierta del tamaño aproximado de un portaobjetos de microscopio, de unos dos por siete centímetros. Su superficie está recubierta de una capa hidrófuga que ha sido expuesta en hasta 100.000 puntos: diminutos lugares de aterrizaje de gotas amantes del agua (hidrófilas). La solución de ensayo se introduce a través de un delicado tubo en la placa de cristal, que se mueve bajo un control preciso. En cuanto el líquido alcanza un punto hidrófilo, una gotita se separa y se adhiere precisamente allí. Las gotas son diminutas: dependiendo del tamaño de la placa de cristal, su diámetro oscila entre 50 y 250 micrómetros, es decir, más finas que un cabello humano y apenas visibles a simple vista.
Para mantener estables las gotas, toda la placa de cristal se sumerge en un baño de aceite poco profundo. El aceite impide que las minúsculas cantidades de líquido se evaporen, incluso durante los experimentos que duran todo el día, al tiempo que protege contra la contaminación. Tras el experimento, el aceite puede incluso recogerse, limpiarse y reutilizarse.
Todo el proceso de producción de gotas está automatizado mediante un dispositivo compacto del tamaño de un microscopio que también puede realizar microscopía, cultivar células y cambiar muestras automáticamente. "Antes se tardaba media hora en configurarlo todo correctamente", relata Breitfeld. "Hoy, gracias a nuestra automatización, basta con pulsar un botón y el experimento ya está en marcha", afirma Maximilian Breitfeld, científico del grupo de investigación de Dittrich. Además, la combinación de un control preciso y la protección física contra el aceite permite variar la composición de las gotas de forma selectiva: a veces con más, a veces con menos principio activo, lo que da lugar a finos gradientes de concentración. De este modo, los investigadores pueden, por ejemplo, observar las enzimas durante un periodo de tiempo más largo o investigar el efecto de los ingredientes activos en las células en ensayos altamente paralelizados. A continuación, las gotitas se analizan mediante microscopía de fluorescencia o espectrometría de masas, lo que permite seguir con precisión las reacciones enzimáticas.
Cuando las horas se convierten en minutos
La idea básica parte de un trabajo anterior realizado por el grupo en el que ya generaban gotitas para aplicaciones de cribado. "En principio, sabíamos cómo funcionaba la tecnología, pero era demasiado lenta para ser competitiva en la práctica", afirma Dittrich. Los antiguos estudiantes de doctorado Maximilian Breitfeld y Claudius Dietsche dieron los pasos decisivos: su proceso recién desarrollado no sólo acelera masivamente la generación de gotas, sino que además automatiza todo el proceso.
La ETH de Zúrich ha patentado el proceso y lo ha propuesto como finalista para el Premio Spark de este año.
Gestión de una enorme cantidad de datos
El enorme potencial del método también conlleva un nuevo reto. "Generamos una enorme cantidad de datos", afirma Dittrich. "Ya no es posible evaluarlos manualmente: necesitamos soluciones de software que nos ayuden a analizar la información de forma significativa".
Aunque la cantidad de datos aumenta rápidamente, el consumo de recursos sigue siendo sorprendentemente bajo: se pueden ahorrar hasta cinco kilogramos de plástico no reciclable por experimento, el aceite utilizado se puede recoger, mientras que el consumo de productos químicos se reduce drásticamente en comparación con los métodos convencionales, dado que toda una serie experimental requiere sólo microlitros en lugar de litros de medio de reacción.
No obstante, el método tiene claras limitaciones. Mientras que las minúsculas gotitas son perfectas para reacciones rápidas en pequeños volúmenes, como es habitual en microfluídica, el nuevo método no es adecuado para volúmenes mayores de líquido o cultivos de tejidos que crecen durante varias semanas.
De la investigación a la spin-off
Los investigadores están planeando crear una empresa derivada para lanzar el método al mercado. Tienen previsto vender un sistema completo compuesto por placas de vidrio, equipo y software, así como pruebas biológicas basadas en él como opción.
"Para mí es crucial que el sistema sea realmente fiable y fácil de usar", afirma Dietsche. "Sólo podrá utilizarse más allá de nuestro laboratorio de investigación si podemos garantizar su facilidad de uso". Según los investigadores, la demanda ya es evidente, y la nominación al premio Spark les está dando un impulso adicional para la spin-off prevista.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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