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Sistema para detectar bacterias y virus por su masa y rigidez mecánica

Este sistema, basado en un nanodetector desarrollado por el Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC), es más sensible que los métodos actuales, lo que permitirá detectar patógenos mucho antes.

 

Imagen de una bacteria E.Coli sobre el microtrampolín. El área destacada tiene unos 5 micrómetros, y la bacteria 0,5 micrómetros.Desde el momento inicial de infección por un virus hasta que éste se ha replicado lo suficiente en el organismo para estar a niveles detectables, puede pasar un tiempo determinante. En el caso del VIH, por ejemplo, el virus no llega a niveles detectables en sangre hasta tres semanas después de la infección. O, lo que es lo mismo, los sistemas actuales no tienen suficiente sensibilidad para detectar el virus. Antes, los niveles son indetectables.

Cuanto mayor sea esa ventana de temporal, mayor riesgo hay de que la infección se disperse ya que, ante la ignorancia, el portador no tomará precauciones. Algo similar sucede con las bacterias y otros patógenos. Eso tiene consecuencias especialmente negativas en el caso de enfermedades emergentes o más virulentas, como los virus del Ébola o el Nilo.  

Superar eso es lo que se persigue con un nuevo método desarrollado por científicos del Instituto de Microelectrónica de Madrid. Se trata de una nueva técnica que permite detectar e identificar con gran sensibilidad y selectividad bacterias y virus en función de su masa y su rigidez mecánica.

El sistema, denominado espectrometría nanomecánica, se basa en un detector nanomecánico¡ cuya estructura se asemeja a un trampolín de piscina pero a escala micrométrica. Es 1.000 veces más delgado que un cabello. El microtrampolín es excitado para que vibre a varios modos de vibración, de modo similar a como oscila una cuerda de guitarra. La frecuencia de cada modo de vibración cambia abruptamente cada vez que una bacteria aterriza sobre la superficie del microtrampolín”, explica el investigador del CSIC Javier Tamayo, del Instituto de Microelectrónica de Madrid.

En el ejemplo del VIH, los científicos esperan poder detectarlo con este sistema dos semanas antes que los métodos actuales

El sistema es como la actual espectrometría de masas, con la diferencia de que lo que se mide no es solo la masa del patógeno, sino también la rigidez mecánica, y es mucho más sensible, lo que permitiría detectar los patógenos a menores niveles de concentración. En el ejemplo de antes, el caso del VIH, los científicos esperan poder detectarlo al cabo de la primera semana desde la infección.

La tecnología puede analizar varios patógenos en una sola muestra. Para ello aplica un campo eléctrico y gradientes de presión para transportar los patógenos: se generan así gotas ionizadas, cada una de las cuales se va dividiendo hasta que queda aislado en la gota el virus o la bacteria, que llega al microtrampolín. De esa forma el sistema permitiría analizar varios patógenos en una sola muestra, uno tras otro.

Un algoritmo desarrollado por los autores permite inferir de modo simultáneo la masa y la rigidez mecánica de cada una de los patógenos que van depositándose sobre el detector mecánico.

La tecnología ha sido probada para el análisis de bacterias E.Coli, con resultados positivos que se publicaron recientemente en la revista Nature Communications.

“Este trabajo es una prueba de concepto del potencial de la tecnología, que a partir de ahora será desarrollada para su implementación en hospitales, en el marco de un proyecto europeo denominado VIRUSCAN, que coordina nuestro grupo y en el que participan 8 equipos de investigación de la Unión Europea”, detalla Tamayo.

Los resultados del estudio se han patentado y licenciado a la empresa spin-off NanoDreams S.L. dentro del marco de un acuerdo de transferencia de tecnología con el CSIC, para seguir con el desarrollo.

Este sistema, basado en un nanodetector desarrollado por el Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC), es más sensible que los métodos actuales, lo que permitirá detectar patógenos mucho antes.