Laboratorio de diagnóstico portátil ofrece solución POC para futuras pandemias

Usando enjambres de imanes del tamaño de una cabeza de alfiler dentro de un kit de laboratorio portátil todo en uno, los investigadores han desarrollado una tecnología que podría aumentar significativamente la velocidad y el volumen de las pruebas de enfermedades, al tiempo que reduce los costos y el uso de suministros escasos. Las pruebas automatizadas se pueden fabricar, implementar y realizar de manera oportuna en el consultorio de un médico, una clínica de salud o en sitios de pruebas masivas en aeropuertos y escuelas al comienzo de cualquier enfermedad infecciosa importante. El avance tecnológico podría ayudar a las autoridades a prepararse mejor para futuras pandemias al descentralizar las pruebas y maximizar el uso de los recursos.

El equipo de investigación dirigido por UCLA (Los Ángeles, CA, EUA) se vio motivado por la falta de acceso equitativo a las pruebas durante los primeros meses de la pandemia de COVID-19, cuando solo unos pocos laboratorios clínicos estaban autorizados para realizar pruebas. Los investigadores también realizaron un estudio clínico con muestras de prueba de personas que experimentaron síntomas de COVID-19. Se compararon más de 100 resultados de pruebas usando el kit de laboratorio con las mismas muestras analizadas para COVID-19 usando diagnósticos moleculares basados en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) realizados como parte de la atención clínica de rutina de UCLA Health.

Utilizando una placa de circuito que controla un conjunto de discos magnéticos móviles de un milímetro de tamaño conocidos como "ferrobots" para transportar muestras a través del flujo de trabajo de diagnóstico de una prueba de amplificación de ácido nucleico (NAAT), el kit de laboratorio ultrasensible de los investigadores pudo para detectar la presencia de material genético de un virus, en este caso, el SARS-CoV-2 que causa la COVID-19. Los pasos para separar, clasificar, mezclar y amplificar las muestras de prueba están todos automatizados y se realizan a un nivel miniaturizado dentro del kit.

Al diseñar el kit para pruebas agrupadas, el sistema requiere cantidades mucho menores de reactivos químicos que las necesarias para analizar las muestras individualmente. Se combinaron y probaron hasta 16 muestras a la vez en el estudio del equipo. Si la prueba agrupada mostraba un resultado positivo, las pruebas posteriores se realizarían automáticamente dentro de la misma plataforma hasta que se identificaran las muestras positivas reales. Todo este proceso tomó entre 30 a 60 minutos, dependiendo de si hubo muestras positivas. Gracias a la miniaturización de los ensayos de la tecnología y las capacidades de pruebas agrupadas, los costos de los reactivos químicos podrían reducirse entre 10 y 300 veces.

Además de poder realizar pruebas para varias enfermedades simultáneamente, la plataforma también ofrece precisión y automatización robusta. Por ejemplo, en una prueba conjunta con 16 muestras, los ferrobots automatizaron más de 300 operaciones de laboratorio, incluidas la mezcla y la clasificación, esto es más de 3.000 movimientos o actuaciones individuales. En sus estudios de confiabilidad, los investigadores demostraron que los ferrobots podían realizar más de 8 millones de actuaciones sin errores.

“Nuestra tecnología de laboratorio portátil podría ayudar a superar algunas de las barreras de la escasez y el acceso a las pruebas, especialmente al principio de una pandemia, cuando es más crucial controlar la propagación de enfermedades”, dijo Sam Emaminejad, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, quien fue coautor del estudio. “Y más allá de su potencial para abordar problemas de escasez de suministros y alta demanda, podría adaptarse ampliamente para detectar muchos tipos de enfermedades en el campo y con calidad de laboratorio”.

“El diseño compacto de esta plataforma y el manejo automatizado de muestras permiten implementaciones sencillas de pruebas agrupadas en las que puede analizar docenas de muestras de pacientes al mismo tiempo, y todo con los mismos materiales que actualmente se necesitan para evaluar a un solo paciente”, dijo Dino Di Carlo, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA. “Por ejemplo, podría evaluar a los estudiantes en una residencia universitaria completa con solo unas pocas docenas de kits de prueba”.

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