El chip de ADN da una identificación positiva

Durante los últimos cinco años, los chips de ADN han sido una poderosa herramienta de investigación, muy prometedora para su uso futuro en entornos clínicos. Estas diminutas superficies de silicio o vidrio, cubiertas con miles de fragmentos de ADN, son utilizadas por los investigadores para descubrir genes en muestras de ADN. Pero aún es difícil de alcanzar el santo grial de esta tecnología: un único dispositivo de mano totalmente automatizado, o un laboratorio en un chip, que puede analizar instantáneamente el ADN de una sola hebra de cabello o gota de sangre.



Una empresa que ha dado un gran paso en esa dirección es Nanogen, con sede en San Diego. Su NanoChip es actualmente el único chip de ADN en el mercado que utiliza microfluidos (la canalización de fluidos en la superficie de un chip) y señalización electrónica para identificar con mayor precisión variantes y mutaciones genéticas. Esto puede conducir a una detección más precisa de patógenos, microorganismos o subtipos de enfermedades de base genética.

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Todos los chips de ADN se basan en una propiedad inherente del ADN: cuando la doble hélice familiar se divide por la mitad, cada pieza de ADN intentará reconectarse con otra pieza complementaria, un proceso llamado hibridación.

problemas en el mundo que se pueden resolver

La superficie de los chips de ADN convencionales, como los producidos por el gigante de biochips Affymetrix, generalmente está cubierta con decenas de miles de hebras de ADN, llamadas sondas. En una aplicación típica, los genes de, digamos, un tumor canceroso se marcan con un tinte fluorescente y se aplican a la superficie del chip. Los que coinciden se unen a las sondas y el resto se lava. Los marcadores fluorescentes, leídos con un escáner, permiten a los investigadores identificar las secuencias de ADN que componen los genes unidos. Este proceso puede tardar hasta tres horas.

En muchos casos, sin embargo, la unión del gen de la muestra y su sonda coincidente puede ocultar un desajuste de una o dos letras base (los componentes básicos del ADN). Para la mayoría de los propósitos, este grado de precisión es adecuado, ya que permite a los investigadores identificar genes, o familias de genes, con confianza.



Pero cuando los investigadores necesitan identificar la variante genética exacta, para distinguir, por ejemplo, entre diferentes subtipos de una enfermedad, una o dos letras pueden significar toda la diferencia.

"la nube"

Flujo electrico

Nanogen espera que NanoChip satisfaga esta necesidad. Más especializado que los chips de ADN convencionales, utiliza microfluidos, electrónica y una ingeniosa pieza de ingeniería inversa para lograr una combinación perfecta.

Dentro del chip, una serie de canales de microfluidos conduce a un núcleo central que contiene 99 sitios de prueba, cada uno de los cuales se puede controlar de forma independiente con una carga eléctrica. Mientras que los chips de ADN estándar vienen equipados con sondas, el cartucho NanoChip llega en blanco y debe personalizarse. Para preparar el chip, se colocan sondas de ADN en los canales de microfluidos y se aplica una carga eléctrica a los sitios de prueba que sostendrán las sondas. Dado que el ADN contiene una carga negativa inherente, las sondas descienden por los canales hasta las ubicaciones deseadas.



Una carga eléctrica también acelera el proceso de hibridación, llevando muestras de genes a las sondas. Después de la hibridación, la carga eléctrica se invierte. Solo quedan muestras perfectamente emparejadas, y la salida se lee en una estación de trabajo de escritorio personalizada. Todo el proceso dura unos 15 minutos.

Hasta ahora, ha arrojado un 100 por ciento de precisión, dice Paolo Fortina, investigador del Hospital de Niños de Filadelfia, que ha estado usando el NanoChip durante casi un año, principalmente para validar los resultados de un secuenciador de ADN. Recientemente, utilizó el NanoChip en un estudio de variantes genéticas y enfermedades cardiovasculares.

Otras plataformas

En un campo rico en experimentación, otras empresas de biotecnología también están buscando el éxito con sus propios enfoques para la construcción de chips de ADN.

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El grupo eSensor de Motorola, con el que Nanogen resolvió recientemente una disputa de patentes sobre métodos de detección molecular, planea lanzarse al mercado con su propio chip de ADN este otoño. El chip de Motorola utiliza componentes electrónicos no para aumentar la velocidad y la precisión, sino para identificar ADN hibridado sin fluorescencia. El chip eSensor contiene sondas etiquetadas con una etiqueta electrónica. Una vez que ocurre la hibridación, se aplica un voltaje al chip, lo que hace que las sondas hibridadas liberen una señal.

HandyLab, un derivado de la Universidad de Michigan, está trabajando en un chip de ADN a base de microfluidos, que esperan que sea aprobado para uso clínico. Al igual que Nanogen, HandyLab utiliza señales electrónicas para manipular los fluidos. Pero en lugar de explotar la carga negativa inherente dentro del ADN mismo, HandyLab está experimentando con neumática térmica, calentando eléctricamente pequeñas bolsas de aire para impulsar el fluido y luego controlando químicamente el flujo. HandyLab predice ensayos clínicos de su producto en 2003.

Orchid Biosciences, con sede en Princeton, Nueva Jersey, está desarrollando una plataforma de biochip que consta de un circuito de microfluidos de varios niveles para detectar variantes y mutaciones genéticas. Orchid espera incorporar esta plataforma altamente paralela a su línea de productos para 2003.

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