PCR solar: con un poco de sol y un smartphone ya puedes hacer una PCR!

Hoy en día prácticamente todo el mundo tiene acceso a un
teléfono móvil (
cellular phone),
incluso en los países en vías de desarrollo. Por eso, los ingenieros están
desarrollando aplicaciones y modificaciones en los teléfonos móviles para
transformarlos en poderosos sistemas para diagnosticar de forma muy sencilla
enfermedades. Ya existen algunas aplicaciones que te permiten con un móvil
cuantificar el pH, el colesterol o la vitamina D de una muestra de saliva o de
sangre. Las posibilidades futuras son apasionantes.

Ahora, un grupo de ingenieros de la Universidad de Cornell
en Nueva York,
han combinado un smartphone
con un sistema de calentamiento solar para realizar una reacción de PCR y
analizar en DNA viral
de un paciente.

La reacción de PCR consigue la amplificación de una
secuencia concreta de DNA. Debido a su enorme sensibilidad, especificidad y
capacidad de cuantificar, la PCR se emplea de forma rutinaria para diagnosticar
gran cantidad de enfermedades. Un
reacción
típica de PCR
consiste en la acción cíclica de la enzima DNA polimerasa. Normalmente,
se combinan unos ciclos que van desde los 95ºC (desnaturalización del DNA)
durante unos 30 segundos, seguido de 60ºC durante unos 45 segundos (dónde
ocurre la unión específica de los cebadores con el DNA), y una etapa a 72ºC
durante un minuto y medio (dónde se lleva a cabo la extensión o síntesis del
DNA). Esta reacción se repite unas 30-40 veces de forma cíclica, con lo que se consigue
amplificar un trocito de DNA millones de veces, para poder así luego detectarlo
fácilmente.

Esta reacción de PCR se realiza en termocicladores, máquinas que son capaces de subir y bajar la temperatura
en rangos que van desde los 4ºC hasta cerca de 100ºC, en intervalos de tiempo
muy cortos y de forma cíclica. Para esto, se necesita energía, energía
eléctrica. Esta es una de las causas por las que la tecnología PCR es difícil de
realizar en zonas donde la infraestructura es limitada o no hay acceso fácil a
la energía eléctrica.

Las baterías de un móvil no son muy potentes y no son
capaces de llevar a cabo una reacción de PCR. Pero, el móvil sí que puede
ayudarnos a monitorizar y controlar la reacción, y la energía solar (de fácil
acceso,
J está
en todas partes) se puede emplear para llevar a cabo la amplificación del DNA.

Para ello, han diseñado un pequeño chip con microcanales donde se crean las condiciones de temperatura
adecuadas para que ocurra la reacción de PCR. El chip está acoplado a una
lente o lupa que concentra la luz solar
y proporciona la energía necesaria. El teléfono
móvil controla los parámetros y es capaz de leer la reacción final.
Si ocurre la ampliación especifica, se genera una señal fluorescente que es
recogida y procesada por el teléfono móvil.

Para comprobar que el sistema funciona, lo han ensayado
primero con DNA de plásmidos y han sido capaces de detectar concentraciones de
10 copias/
mL. Han comprobado también
que, en días soleados de verano, la reacción tarda en llevarse a cabo unas 12
horas.
  Sin embargo, reconocen que las nubes que pueden aparecer durante el
día pueden afectar a la eficacia de la PCR
. Una vez “puesta a punto”,
ensayaron con éxito la técnica con muestras de biopsias de piel de personas con
sarcoma de Kaposi, un tipo de cáncer muy frecuente en África y asociado a un virus
herpes, el
virus herpes humano de tipo 8.
Ahora, los autores están buscando fondos para iniciar un ensayo clínico en África.

Es verdad que este sistema tiene el problema de que no puede
ser empleado en zonas donde el sol no se deje ver mucho o en días nublados. No
puedes decirle al paciente que espere al diagnóstico hasta que haga buen día,
pero la propuesta de unir chips, móviles y energía solar es muy interesante. Es
muy probable que en poco tiempo veamos en el mercado sistemas de diagnóstico
muy sencillos y baratos, aunque sofisticados, que ayuden a controlar las
enfermedades infecciosas allí dónde más se necesita: África

También te puede interesar esta otra entrada:

Bye-Bye PCR: el chip “prodigioso” que detecta bacterias en 30 minutos!

Jiang, L., Mancuso, M., Lu, Z., Akar, G., Cesarman, E., & Erickson, D. (2014). Solar thermal polymerase chain reaction for smartphone-assisted molecular diagnostics Scientific Reports, 4 DOI: 10.1038/srep04137 



Erickson, D., O’Dell, D., Jiang, L., Oncescu, V., Gumus, A., Lee, S., Mancuso, M., & Mehta, S. (2014). Smartphone technology can be transformative to the deployment of lab-on-chip diagnostics Lab on a Chip DOI: 10.1039/C4LC00142G

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