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Dispositivo microfluídico que extrae y purifica eficientemente los fragmentos de ADN
7 de febrero de 2022 | Historia original del Shibaura Institute of Technology
En la lucha contra el cáncer, el primer paso para su tratamiento es un diagnóstico preciso del problema. Una técnica que ayuda a planificar un mejor curso del tratamiento es una biopsia. En los últimos años, las biopsias líquidas, que permiten la detección de enfermedades a través de la sangre u otros fluidos corporales en lugar de tejidos sólidos, han ganado popularidad sobre las biopsias quirúrgicas debido a su naturaleza no invasiva y directa.
Las biopsias líquidas se dirigen principalmente a un marcador molecular llamado "ADN libre de células" (cfDNA), que proporciona información sobre la presencia de ADN patógenos en una muestra. Para llevar a cabo cualquier forma de análisis, el cfDNA tiene que ser extraído y purificado, una tarea compleja debido a su baja concentración. Un método de purificación de cfDNA estándar de oro,denominado “extracción en fase sólida” se basa en la afinidad del ADN hacia una fase sólida. Sin embargo, no produce fragmentos de ADN de menos de 200 pares de bases (pb), unidades fundamentales de ADN. Pero ¿por qué es necesaria la sensibilidad hacia fragmentos más pequeños? Se dice que el ADN tumoral circulante (ctDNA) o los ADN patógenos suelen ser más pequeños que el cfDNA. Por lo tanto, la sensibilidad hacia fragmentos de ADN menores de 200 pb permite una mejor detección de enfermedades.
Las técnicas más nuevas, como la extracción en fase líquida (LPE), la isocoforesis (ITP) y la captura electrocinética del ADN, pueden facilitar tales extracciones independientemente del tamaño. Sin embargo, el método LPE es muy laborioso y requiere mucho tiempo. La ITP y lacaptura electrocinética, a pesar de sus excelentes capacidades para proporcionar extracción y detección rápidas y automatizadas de ADN patógeno, por ejemplo, M. tuberculosis (MTB),no se han explorado para la purificación selectiva de fragmentos cortos de cfDNA.
Ahora, en un estudio reciente publicado en Analytica Chimica Acta, investigadores japoneses y de Estados Unidos han demostrado un nuevo sistema de extracción que combina los poderes de ITP y atrapamiento electrocinético. Dirigido por el profesor Nobuyuki Futai del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT), Japón, el equipo diseñó un sistema microfluídico abierto, que utiliza ITP transitorio para detectar MTB a partir de muestras de plasma humano. El profesor Futai explica: "El dispositivo fluídico a escala milimétrica que desarrollamos consiste en puertas de gel móviles que permiten la extracción precisa de especies separadas. Utiliza ITP para la purificación del ADN, y el ADN purificado se puede extraer fácilmente como una tira de gel lista para PCR".
Para probar la eficacia del diseño, el equipo utilizó el dispositivo para purificar y enriquecer fragmentos de ADN genómico de MTB a partir de plasma humano. El sistema fluídico mostró una alta tasa de recuperación, separación precisa y sensibilidad hacia fragmentos cortos de cfDNA de 100-200 pb. También fue capaz de purificar el ADN MTB para un análisis adicional de qPCR. Investigaciones adicionales sobre sus capacidades de separación revelaron que el tratamiento del plasma con la enzima proteinasa K generó péptidos plasmáticos. Estos péptidos actuaron como moléculas espaciadoras endógenas y mejoraron la resolución del método de extracción.
El dispositivo de microcanal abierto reconfigurable diseñado crea una plataforma versátil de preparación de muestras para técnicas de análisis como la PCR y la secuenciación profunda. El equipo cree que sus hallazgos podrían usarse para desarrollar sistemas de purificación avanzados para recuperar ácidos nucleicos del plasma o el suero.
"La mayoría de las técnicas de preparación de muestras de biopsia utilizan colorantes marcadores durante la purificación del ADN, lo que a menudo conduce a la contaminación y la disminución del nivel de señal de qPCR. Las químicas específicas y los efectos de tamizado creados por nuestro diseño de compuerta móvil no solo aseguran la excelente recuperación del ADN purificado, sino que también eliminan la necesidad de colorantes marcadores", comenta el profesor Futai. "Esto permitiría, por ejemplo, un diagnóstico preciso de enfermedades e infecciones a partir de una pequeña cantidad de muestra de sangre".
Referencia
Futai N, Fukazawa Y, Kashiwagi T, et al. A modular and reconfigurable open-channel gated device for the electrokinetic extraction of cell-free DNA assays. Anal. Chim. Acta. 2022:339435. doi: 10.1016/j.aca.2022.339435
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