Los científicos de UMass Amherst revelan un método revolucionario de detección de ADN con una sensibilidad incomparable, que proporciona resultados rápidos y portabilidad. Este avance promete la detección temprana de enfermedades y la integración con tecnologías de bioingeniería de vanguardia para tratamientos personalizados.
Los científicos descubren que dejar que pequeñas cantidades de ADN «bailen» puede acelerar la detección de enfermedades.
Los investigadores de la UMass Amherst han superado cien veces los límites de la ingeniería biomédica con un nuevo método para detectar ADN con una sensibilidad sin precedentes.
«La detección de ADN es el núcleo de la bioingeniería», afirma Jinglei Ping, autor principal del artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Ping es profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial, profesor asistente adjunto de ingeniería biomédica y afiliado del Centro para el Monitoreo Personalizado de la Salud del Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas. “Todo el mundo quiere detectar ADN en bajas concentraciones y con alta sensibilidad. Y acabamos de desarrollar este método para mejorar la sensibilidad unas 100 veces sin costo alguno”.
Desafíos tradicionales y el nuevo enfoque
Con los métodos de detección tradicionales, afirma, “el desafío es básicamente encontrar la aguja en el pajar”. Hay muchas moléculas presentes en una muestra que no son el ADN objetivo y pueden interferir con el resultado.
Este es el dispositivo que detecta ADN con una sensibilidad 100 veces mayor que los métodos tradicionales que utilizan corriente eléctrica alterna. Crédito: Xiaoyu Zhang, Xiao Fan, Huilu Bao y Jinglei Ping
Ahí es donde este método es diferente. La muestra de prueba se coloca dentro de un campo eléctrico alterno. Entonces, “dejamos bailar al ADN”, dice. «Cuando las hebras de ADN bailan, tienen una frecuencia de oscilación específica». Luego, los investigadores pueden leer las muestras para ver si hay una molécula que se mueve de una manera que coincida con el movimiento del ADN objetivo y distinguirla fácilmente de diferentes patrones de movimiento. Esto funciona incluso cuando hay una concentración muy baja del ADN objetivo.
Implicaciones para la salud
Este nuevo método tiene enormes implicaciones para acelerar la detección de enfermedades. En primer lugar, debido a que es tan sensible, los diagnósticos pueden ocurrir en etapas tempranas de la progresión de la enfermedad, lo que puede tener un impacto importante en los resultados de salud.
Además, este método lleva unos minutos, no días, semanas o meses, porque es totalmente eléctrico. «Esto lo hace adecuado para el punto de atención», afirma. «Por lo general, proporcionamos muestras a un laboratorio y ellos pueden proporcionar resultados rápida o lentamente dependiendo de la velocidad, y puede tardar 24 horas o más». Por ejemplo, cita cómo, tras el diagnóstico, una muestra de biopsia se congela y luego se envía al laboratorio para su procesamiento, lo que puede tardar hasta dos meses. Los resultados casi instantáneos de este nuevo método significan que el tratamiento no necesita esperar tiempos de procesamiento en el laboratorio.
Otro beneficio: es portátil. Ping describe el dispositivo como de tamaño similar a una herramienta de prueba de azúcar en sangre, lo que abre la puerta a mejoras en la atención médica a escala global. “Se puede utilizar en lugares donde los recursos son limitados. Fui a un país y el médico suele ir a un pueblo una o dos veces al año, y ahora tal vez puedan tener una base que tenga este tipo de herramienta y tendrán la oportunidad de probarla rápida y fácilmente”.
Posibilidades y eventos futuros.
Ping está entusiasmado con la amplia gama de posibles aplicaciones de este descubrimiento y afirma: «El enfoque nanomecanoeléctrico también puede integrarse con otras tecnologías de bioingeniería, como CRISPR, para dilucidar las vías de señalización de los ácidos nucleicos, comprender los mecanismos de las enfermedades, identificar nuevos objetivos de los medicamentos y crear estrategias de tratamiento personalizadas, incluidas terapias dirigidas a microARN”.
Referencia: “Enfoque nanomecanoeléctrico para la detección de ADN sin etiquetas altamente sensible y específica” por Xiaoyu Zhang, Xiao Fan, Huilu Bao y Jinglei Ping, 7 de agosto de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2306130120
Xiaoyu Zhang, asistente de investigación graduado de Ping Lab, realizará una presentación oral relevante para este estudio en la reunión anual de la Sociedad de Ingeniería Biomédica el 13 de octubre de 2023 en Seattle, WA.
Esta investigación fue apoyada por el premio Trailblazer Ping recibido del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería.
