Se podría utilizar un nuevo dispositivo celular con capacidad informática fuera del laboratorio



El Grupo de Investigación en Biología Sintética para Aplicaciones Biomédicas de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, ​​España, ha diseñado un dispositivo celular capaz de calcular mediante la impresión de células en papel. Por primera vez, han desarrollado un dispositivo vivo que podría usarse fuera del laboratorio sin un especialista, y podría producirse a escala industrial a bajo costo. El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza y estuvo a cargo de Sira Mogas-Díez, Eva Gonzalez-Flo y Javier Macía.

Actualmente tenemos muchos dispositivos electrónicos a nuestra disposición, como computadoras y tabletas, cuya potencia informática es altamente eficiente. Pero, a pesar de su poder, son dispositivos muy limitados para detectar marcadores biológicos, como los que indican la presencia de una enfermedad. Por ello, hace unos años se empezaron a desarrollar “ordenadores biológicos”, es decir, dispositivos celulares vivos que pueden detectar múltiples marcadores y generar respuestas complejas. En ellos, los investigadores aprovechan receptores biológicos que permiten detectar señales exógenas y, mediante biología sintética, modificarlas para emitir una respuesta acorde con la información que detectan.

Hasta el momento se han desarrollado dispositivos celulares que deben operar en el laboratorio, por un tiempo limitado, bajo condiciones específicas, y deben ser manejados por un especialista en biología molecular. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Pompeu Fabra ha desarrollado una nueva tecnología para “imprimir” dispositivos celulares en papel que se pueden utilizar fuera del laboratorio.

Curiosamente, utilizan “tinta” de diferentes tipos de células con nutrientes para “dibujar” los circuitos. Las células quedan atrapadas en el papel, vivas y funcionales, y allí continúan creciendo y son capaces de liberar señales que viajan a través del papel y llegan a otras células. La razón para hacer esto en papel (u otras superficies como telas) es principalmente práctica; es barato y fácil de adaptar al uso industrial, y se pueden producir grandes cantidades a muy bajo costo. “Queríamos diseñar un modelo escalable y pensamos en utilizar un sistema de impresión como el de las camisetas”, detalla Sira Mogas-Díez, primera autora del estudio. “Hacemos moldes con nuestro dibujo, lo empapamos con las diferentes tintas celulares a modo de buffer, lo ponemos en papel y se depositan las celdas”, agrega. Un punto fuerte es que estos dispositivos en papel pueden conservarse en el frigorífico o incluso congelarse, ya que la tinta celular incorpora crioprotectores que así lo permiten. Así, a diferencia de los dispositivos anteriores, se pueden almacenar durante largos períodos de tiempo antes de su uso.

En este nuevo enfoque, cada elemento del dispositivo es un grupo de células, en este caso bacterias, con modificaciones genéticas mínimas que pueden detectar diferentes señales. Las células viven en la tira de papel y se comunican entre sí, integran señales y generan una respuesta u otra en función de las diferentes combinaciones de señales detectadas. Los elementos no varían, pero cambiando su disposición en el espacio mediante el dibujo que realizan en papel, se pueden construir dispositivos con distintas funcionalidades. Por tanto, el orden en el que se colocan las celdas es el software, las celdas son el hardware y el papel es el sustrato físico que alberga estas celdas ”, ilustra Javier Macía, coordinador del trabajo.

El equipo de investigación ha diseñado varios biosensores, uno con una aplicación específica para detectar mercurio. El aporte del sistema frente a otros existentes es que realiza una estimación visual de la concentración de mercurio sin necesidad de un dispositivo en el laboratorio que lo mida. Dependiendo de la cantidad de mercurio presente, aparecen más o menos puntos en la tira reactiva que se pueden contar a simple vista.

Otra aplicación que se está desarrollando se basa en la detección del cólera en aguas contaminadas. “Los asentamientos donde existe riesgo de cólera a menudo no tienen un laboratorio o un especialista. Por lo tanto, nuestra idea era desarrollar un nuevo método que nos permitiera sacar tecnología viva del laboratorio y usarla en el campo. Nuestro enfoque es Es interesante abordar este tipo de problemas porque es económico y permite la producción de dispositivos celulares en cantidades industriales ”, explica Sira.

Otro uso potencial sería identificar, por ejemplo, el riesgo de preeclampsia. Su detección depende no solo de un único marcador, sino de una compleja combinación de marcadores. Una tira con el dispositivo celular con la configuración adecuada podría detectar combinaciones de biomarcadores, analizarlas y determinar el riesgo de una mujer embarazada de padecer esta enfermedad.

“Ciertamente hay mucho trabajo por hacer, pero estos primeros resultados sugieren que la metodología desarrollada puede ser el medio para facilitar la creación de productos comerciales basados ​​en dispositivos vivos”, concluye Javier Macía.

Fuente:

Referencia de la revista:

Mogas-Díez, S., et al. (2021) Dispositivos multicelulares impresos en 2D que realizan computación digital y analógica. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-021-21967-x.

.



Source link