Electrohumectación y microscopía confocal

Un aspecto importante de la farmacología es comprender de qué manera reaccionan los ingredientes de los medicamentos con las moléculas endógenas. Hasta la fecha, las reacciones solo han podido ser determinadas a posteriori. Mientras, los detalles precisos sobre los factores de interacción permanecían sin esclarecer. En esta ocasión, investigadores de Fraunhofer han desarrollado una nueva tecnología que permite monitorizar las reacciones bioquímicas desde el comienzo hasta el final a nivel de una sola molécula.

Lo único necesario para llevar a cabo dichos ensayos son unas pequeñísimas gotas de muestra de la solución del reactivo (de un tamaño tan minúsculo que apenas son visibles al ojo humano). Las gotitas cambian de forma cuando se aplica determinada tensión eléctrica, permitiéndoles la superposición, el desplazamiento en distintas direcciones, o la división en moléculas separadas. Este fenómeno físico adyacente es conocido como ‘electrowetting’ o ‘electrohumectación’. La aplicación del campo eléctrico modifica la distribución de las cargas eléctricas en las gotas, permitiendo así su manipulación individual.

La electrohumectación también permite la fusión en una de dos tipos de gotita diferentes. “La característica original de nuestro sistema es que por primera vez podemos conocer los detalles de cómo dos gotas interactúan a nivel de molécula individual y de esta manera, nos permite controlar toda la cadena de sucesos”, afirma Lorenz Sparrenberg, del Instituto Fraunhofer de Tecnología Aplicada de la Información (FIT), que lidera este proyecto de investigación.

El sistema de electrohumectación desarrollado por Sparrenberg y su equipo consiste en un conjunto de electrodos en un chip, y de ahí la denominación ‘sistema de electrohumectación sobre dieléctricos (Ewod)’. En función del estado de conexión de los electrodos, las gotas pueden manipularse para separarlas o juntarlas, y hacer que se fusionen en un punto predefinido. Este proceso es controlado utilizando un microscopio confocal, permitiendo el registro de las mediciones de alta resolución. “Combinando la electrohumectación con la microscopía confocal, podemos estudiar las interacciones biológicas en condiciones que se asemejan a las que suelen darse en el cuerpo humano. En farmacología, por ejemplo, es importante comprender lo mejor posible los efectos de los ingredientes activos de los medicamentos y conocer cuándo se producen los mismos”.

Las pruebas de los laboratorios convencionales no solo proporcionan menos información sino que también requieren más muestras líquidas, y el proceso para conseguirlas es más extenso. La duración típica de un ensayo enzimático, por ejemplo, es de aproximadamente 15-20 minutos. “Mediante este nuevo sistema, los resultados pueden obtenerse en tan solo 30 segundos”. La combinación Ewod y microscopía confocal también podría utilizarse para estudiar la interacción entre la cadena de ADN complementaria, los anticuerpos y los antígenos o las reacciones enzima-sustrato. En definitiva, las posibilidades son infinitas.

Soporte con chip Ewod y conexiones para la inyección de sonda y circuitos. Foto: Fraunhofer FIT.

Precisamente son estas ventajas las que hacen que el sistema sea perfecto para el diagnóstico en el punto de cuidado, ya que los ensayos pueden llevarse a cabo en las propias camas de los hospitales o en el despacho del médico en lugar de tener que enviar las muestras al laboratorio central. Estas soluciones de laboratorio de tamaño bolsillo son capaces de proporcionar resultados de análisis de sangre u orina en poco o prácticamente nada de tiempo, sin necesidad de complicados procedimientos.

“Hasta la fecha, nos habíamos centrado en la prueba de concepto, demostrando que la combinación del dispositivo Ewod con microscopía confocal es capaz de proporcionar información a nivel de una sola molécula. Actualmente buscamos colegas industriales que nos ayuden a desarrollar aplicaciones concretas”, comenta Sparrenberg.

El sistema se presentó en la feria comercial Medica, en Düsseldorf, que se celebró del 13 al 16 de noviembre (stand comunitario, hall 10, stand 10 G05 / H04).