Una nueva herramienta podría detectar fácilmente virus y marcadores de proteínas cancerosas

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Los investigadores han desarrollado un pequeño biochip compuesto de bloques de silicio que tiene el potencial de realizar un análisis genético rápido de miles de moléculas.

Según un informe de Science, esta herramienta podría identificar más de 160.000 moléculas distintas en un solo centímetro cuadrado de espacio.

Esta tecnología innovadora tiene implicaciones en una amplia gama de áreas médicas, incluida la detección de marcadores de proteínas cancerosas y el diagnóstico clínico de infecciones respiratorias.

La mayoría de los sensores de pruebas genéticas dependen del monitoreo de la absorción o emisión de luz de moléculas específicas diseñadas para unirse al gen objetivo.

Estos métodos emplean la reacción en cadena de la polimerasa para generar numerosas copias del objetivo antes de intentar identificarlo, lo que aumenta el costo y la duración de la prueba.

Además, los sensores de detección genética anteriores no podían identificar una amplia variedad de compuestos objetivo y requerían etiquetado óptico para detectar secuencias objetivo.

Los autores de la Universidad de Stanford escribieron en el estudio: "Presentamos una plataforma de detección genética sin etiquetas basada en nanoantenas de silicio de factor Q alto funcionalizadas con fragmentos de ácido nucleico".

Para desarrollar esta herramienta, los científicos utilizaron una tecnología de detección óptica basada en metasuperficies hechas de pequeñas cajas de silicio. Estos diminutos conjuntos de silicio miden aproximadamente 500 nanómetros de alto, 600 nanómetros de largo y 160 nanómetros de ancho.

Las cajas de silicio pueden enfocar la luz del infrarrojo cercano en su superficie superior gracias a las nanoantenas. "Estas metasuperficies consisten en nanoantenas de sublongitud de onda que confinan fuertemente la luz en el campo cercano y al mismo tiempo permiten un control preciso sobre la dispersión del campo lejano", explica el estudio.

Según Science, este enfoque permite que un microscopio óptico básico mida el cambio en la longitud de onda de la luz que emana de cada bloque de silicio, que varía según las moléculas que se encuentran en la parte superior de las cajas.

Para poner a prueba la herramienta, los investigadores conectaron fragmentos de genes monocatenarios de 22 nucleótidos de longitud a cajas de silicio y sumergieron la matriz en una solución tampón.

Cuando las hebras de ADN complementarias se introdujeron en la solución, inmediatamente se unieron a las unidas, cambiando la longitud de onda de la luz emitida desde la superficie de cada caja.

Según el autor, esta herramienta puede identificar fácilmente 4.000 copias de genes diana por microlitro.

Los resultados fueron publicados en la revista Nature Communications.

Resumen del estudio:

Los métodos de análisis genético son fundamentales para avanzar en la medicina personalizada, acelerar el diagnóstico de enfermedades y monitorear la salud de los organismos y ecosistemas. Las tecnologías actuales de ácidos nucleicos, como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la secuenciación de próxima generación (NGS), dependen de la amplificación de muestras y pueden sufrir inhibición. Aquí, presentamos una plataforma de detección genética sin etiquetas basada en nanoantenas de silicio de factor de alta calidad (alto Q) funcionalizadas con fragmentos de ácido nucleico. Cada nanoantena de alta Q exhibe factores de calidad resonantes promedio de 2200 en un tampón fisiológico. Detectamos cuantitativamente dos fragmentos de genes, la envoltura del SARS-CoV-2 (E) y el marco de lectura abierto 1b (ORF1b), con alta especificidad mediante hibridación de ADN. También demostramos sensibilidad femtomolar en tampón y sensibilidad nanomolar en eluatos nasofaríngeos enriquecidos en 5 minutos. Las nanoantenas están diseñadas con densidades de 160.000 dispositivos por cm2, lo que permitirá trabajos futuros en detección altamente multiplexada. Combinado con los avances en el procesamiento de muestras complejas, nuestro trabajo proporciona una base para ensayos moleculares rápidos, compactos y sin amplificación.