IBM 5 en 5:los laboratorios médicos "en un chip" servirán como detectives de salud para rastrear enfermedades a nanoescala

Un silicio oblea diseñada para clasificar las partículas que se encuentran en los fluidos corporales con el propósito de la detección temprana de enfermedades.

Cuanto antes se diagnostica una enfermedad, más probabilidades hay de que se cure o se controle con éxito. Por ejemplo, el cáncer de mama y el cáncer de próstata detectados y tratados en la etapa uno tienen tasas de supervivencia a cinco años de casi el 100 por ciento. En la etapa cuatro, esta tasa se reduce a alrededor del 26 por ciento para el cáncer de mama y al 28 por ciento para el cáncer de próstata.

El desafío para detectar una enfermedad en forma temprana es que muchos de nosotros no buscamos tratamiento hasta que tenemos síntomas, lo que significa que la enfermedad ya ha progresado. Las tecnologías de detección actuales, como las mamografías, a menudo son incómodas, inconvenientes y no siempre precisas.

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He estado trabajando en la genómica del cáncer durante más de una década y media, durante la cual he visto un progreso increíble, principalmente debido a los avances en la tecnología genómica. Al principio, mi trabajo se centró principalmente en procesar conjuntos masivos de datos genómicos provenientes de tecnologías nuevas en ese momento, como matrices de expresión génica y, más tarde, secuenciación de ARN.

Hace unos 10 años, reconocí que la increíble experiencia y los recursos en micro y nano tecnología que tenemos en IBM Research podrían usarse para avanzar en la secuenciación del ADN. Hace unos tres años, mi equipo y yo comenzamos a pensar en cómo usar la nanotecnología para crear dispositivos de diagnóstico que, como los detectives que buscan pistas, pudieran inspeccionar los fluidos corporales en busca de biomarcadores nanoscópicos relacionados con enfermedades en las primeras etapas. Dichos dispositivos podrían mejorar enormemente las perspectivas de los pacientes y contribuirían de manera importante a la atención médica en áreas como el cáncer, las enfermedades infecciosas y los trastornos neurodegenerativos.

Después de tres años, estamos cerca de hacer realidad esta visión con el dispositivo de desplazamiento lateral determinista a nanoescala, o nanoDLD, en el que estamos trabajando dentro del grupo de Nanobiotecnología de IBM. Nuestro objetivo es que, en los próximos cinco años, podamos combinar esta y otras nanotecnologías con inteligencia artificial para superar los desafíos actuales y detectar enfermedades como el cáncer en las etapas más tempranas posibles.

¿Cuál es nuestra predicción?

En cinco años, los avances en las técnicas de nanobiotecnología nos permitirán examinar y filtrar los fluidos corporales en busca de pequeñas biopartículas que revelen signos de enfermedades como el cáncer antes de que presentemos algún síntoma, lo que nos permitirá saber de inmediato si debemos consultar a un médico.

¿Por qué cambiará esto el mundo?

Tratar una enfermedad como el cáncer es caro. Según la Sociedad Estadounidense de Oncología Clínica, el medicamento contra el cáncer aprobado más recientemente puede costar $ 10,000 al mes, en promedio; algunas terapias pueden costar $ 30,000 por mes o más. Cuando su médico puede diagnosticar el cáncer en sus primeras etapas, sus probabilidades de quiebra y muerte disminuyen significativamente. Al hacer que detectar el cáncer en una etapa temprana sea casi tan fácil como realizar una prueba de embarazo en el hogar, cambiaremos la economía del cáncer y disminuiremos en gran medida su costo físico y emocional para las generaciones futuras.

Al mismo tiempo, la visión de una medicina que es tanto preventiva como personalizada solo puede realizarse cuando la tecnología permite a las personas tener una instantánea periódica de los marcadores fisiológicos, psicológicos, moleculares y celulares de su salud. Nuestra tecnología permitirá un seguimiento perfecto de la salud molecular y celular de un individuo.

¿Cuál es la tecnología subyacente?

Varias empresas están estudiando el uso de biopartículas, como los exosomas, para diagnosticar enfermedades de forma temprana, aunque IBM es la primera en llegar a la escala necesaria y realizar la separación y detección de exosomas en un chip. Nuestro enfoque utiliza el nanoDLD para procesar una muestra líquida a través de un chip de silicio con una matriz de pilares asimétrica especial diseñada por IBM. La matriz es clave:permite que el sistema clasifique y separe las partículas de la muestra. Las partículas más pequeñas se mueven en zig-zag en la dirección del fluido, mientras que las partículas más grandes atraviesan la matriz en la dirección de la asimetría de los pilares. Las partículas grandes se comportan como conductores de camiones obligados a desviarse hacia el carril de camiones en una autopista, mientras que las partículas pequeñas se comportan como automóviles más pequeños que fluyen en línea recta sin desviarse. De manera similar, nuestras matrices de pilares permiten separar y aislar materiales de diferentes tamaños para su detección o análisis. Si está familiarizado con el juego Plinko de Price is Right o la versión japonesa Pachinko, se ve algo así.

La información extraída de estos chips es una señal que puede indicar si una enfermedad está presente o no. Esto puede combinarse con datos de dispositivos habilitados para IoT, como monitores de sueño y relojes inteligentes, y procesarse mediante sistemas cognitivos para brindarnos una visión completa de nuestra salud.

Patentes y artículos relacionados

Artículos
Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky y Yann Astier, “Matrices de desplazamiento lateral a nanoescala para la separación de exosomas y coloides hasta 20 nm ". Nanotecnología de la naturaleza.

Patentes
Patente de EE. UU. No. 9,012,329 - "Nanogap entre metales nobles"

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