Ver las concentraciones de toxinas a simple vista

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard han desarrollado un método rápido y rentable para analizar líquidos en busca de una familia omnipresente de compuestos químicos conocidos como anfífilos, que se utilizan para detectar enfermedades como la tuberculosis y el cáncer en fase inicial, así como para detectar toxinas en medicamentos, alimentos, dispositivos médicos y suministros de agua.

El estándar de oro actual para las pruebas de endotoxinas, un tipo común de anfífilos que pueden contaminar el agua y causar enfermedades graves y la muerte, requiere el uso de compuestos que sólo se encuentran en la sangre de los cangrejos de herradura, lo que hace que el proceso sea caro e insostenible. Las alternativas más baratas no son lo suficientemente sensibles como para detectar los anfifilos a niveles significativos.

La nueva prueba, desarrollada por Joanna Aizenberg, catedrática Amy Smith Berylson de Ciencia de los Materiales y profesora de Química y Biología Química en SEAS, y Xiaoguang Wang, antiguo becario postdoctoral en el laboratorio de Aizenberg y actual profesor adjunto de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio, utiliza gotas rodantes sobre superficies microestructuradas para detectar anfífilos en concentraciones ultrabajas.

El equipo de investigación demostró la técnica para detectar niveles de endotoxinas anfifílicas patógenas en el agua, compuestos que pueden ser tóxicos incluso en concentraciones extremadamente bajas.

La superficie microestructurada está formada por miles de micropilares circulares, recubiertos uniformemente con moléculas de cola larga autoensambladas, lo que crea una interfaz suave y sin fricción, excepto en los bordes de los micropilares. Aquí, hay huecos en el recubrimiento, como baches moleculares. Cuando una gota rueda por la superficie, si no tiene moléculas anfifílicas, chocará con un bache y se detendrá, incapaz de superar la fricción del borde desordenado.

Pero una gota con niveles más altos de anfífilos continuará rodando porque las moléculas anfífilas se juntarán con las moléculas de cola larga y rellenarán los huecos de la superficie, como una pavimentadora que alisa la superficie de una carretera. En el caso de las endotoxinas, a medida que las moléculas anfifílicas se depositan en la superficie, se conectan con otras moléculas anfifílicas en la gota, construyendo compuestos cada vez más grandes que finalmente frenan y detienen la gota. El lugar en el que la gota se detiene en la superficie indica el número de baches que ha parcheado y, por tanto, la concentración de anfífilos.

"Nuestras superficies proporcionan un método rápido y portátil de detección de anfífilos dentro de las gotas que se pueden ver con los ojos", dijo Aizenberg. "Ningún otro método permite la detección a los bajos niveles que estamos viendo en nuestras pruebas, sin utilizar equipos caros o sofisticados".

Los investigadores también desarrollaron un modelo para predecir cómo interactuarían diferentes compuestos anfifílicos a distintas concentraciones con la superficie estructurada. Cambiando el tamaño, la forma y la distancia entre los pilares, así como el recubrimiento molecular, la superficie puede ajustarse para detectar tipos específicos de anfífilos a concentraciones concretas.

"Nuestro método es ampliamente aplicable a cualquier tipo de anfifilo", dijo Wang. "Con este método general, ya estamos detectando endotoxinas a niveles que son relevantes para las pruebas de calidad del agua, pero la prueba también puede optimizarse aún más para detectar concentraciones aún más bajas".