Conectan bacterias a un chip para detectar enfermedades
Microorganismos genéticamente modificados pueden ayudar a diagnosticar hemorragias en el estómago, entre otros padecimientos gastrointestinales
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por su sigla en inglés) han construido un sensor para ingerir equipado con bacterias modificadas genéticamente que pueden diagnosticar hemorragias en el estómago u otros problemas gastrointestinales.
Este enfoque combina sensores hechos de células vivas con componentes electrónicos de muy baja potencia que convierten la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica que puede leer un smartphone. “Al combinar sensores biológicos de ingeniería junto con electrónica inalámbrica de baja potencia, podemos detectar señales biológicas en el cuerpo y casi en tiempo real, lo que permite nuevas capacidades de diagnóstico”, señaló Timothy Lu, académico del MIT. avances en la ingeniería de bacterias para responder a estímulos como contaminantes ambientales o marcadores de enfermedades. Pero para que esas bacterias sean más útiles en aplicaciones del mundo real, el equipo del MIT decidió combinarlas con un chip electrónico que pudiera traducir la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica. “Nuestra idea era empaquetar células bacterianas dentro de un dispositivo. Las células quedarían atrapadas y acompañarán el viaje mientras el dispositivo pasa por el estómago”, detalló Nadeau.
Para la demostración inicial, los investigadores se centraron en la hemorragia en el tracto gastrointestinal y diseñaron una cepa probiótica de E.coli a fin de expresar un circuito genético que hace que las bacterias emitan luz cuando se encuentran con el hemo.
Colocaron la bacteria en cuatro huecos en su sensor diseñado a medida, cubierto por una membrana semipermeable que permite que las pequeñas moléculas del entorno se difundan a través de ellas. Debajo de cada hueco hay un fototransistor que puede medir la cantidad de luz producida por las células bacterianas y transmitir la información a un microprocesador que envía una señal a una computadora o un teléfono inteligente.
Los científicos también construyeron una aplicación de Android que se puede utilizar para analizar los datos. Los expertos probaron el sensor ingerible en cerdos y demostraron que puede determinar correctamente si hay sangre en el estómago. Anticipan que este tipo de sensor puede implementarse para un solo uso o diseñarse para permanecer en el tracto digestivo durante varios días o semanas, enviando señales continuas. Los científicos del MIT que desarrollaron la pastilla demostraron en cerdos que es efectiva
Actualmente, si se sospecha que los pacientes están sangrando de una úlcera gástrica, deben someterse a una endoscopia para diagnosticar el problema, que a menudo requiere que el paciente esté sedado. “Con este sensor puedes eludir un procedimiento innecesario y solo ingerir la cápsula. En un periodo relativamente corto sabrás si hubo o no un evento hemorrágico”, afirman los expertos.
El sensor, que es un cilindro de 38 milímetros de largo, requiere 13 microvatios de potencia. Los investigadores equiparon el sensor con una batería de 2.7 voltios, que calculan puede alimentar el dispositivo durante aproximadamente 1.5 meses de uso continuo.
Los investigadores planean reducir el tamaño del sensor y estudiar cuánto tiempo pueden sobrevivir las células bacterianas en el tracto digestivo. También esperan desarrollar sensores para afecciones gastrointestinales que no sean hemorragias.
En el artículo de Science los expertos explicaron que también adaptaron unos sensores para otras dos moléculas que aún no han probado en animales. Una es un ion que contiene azufre llamado tiosulfato y relacionado con la inflamación, el cual puede usarse para controlar a pacientes con enfermedad de Crohn. La otra es una molécula de señalización bacteriana llamada AHL, que puede servir como un marcador de infecciones gastrointestinales.