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Usos de la microfluídica en el DIV: Diagnóstico molecular, inmunodiagnóstico y diagnóstico bioquímico

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Seamaty SD3

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Introducción

El diagnóstico in vitro (DIV) se refiere a las pruebas médicas realizadas en muestras humanas (como sangre, fluidos corporales y tejidos) fuera del organismo para obtener información de diagnóstico clínico. Desempeñan un papel crucial en la detección de enfermedades, el seguimiento de la salud y la planificación de tratamientos. El DIV incluye principalmente el diagnóstico molecular, el inmunodiagnóstico y el diagnóstico bioquímico. Con los avances tecnológicos, la microfluídica se ha convertido en una innovación clave en el DIV, ya que ofrece automatización, pruebas rápidas, sensibilidad ultraelevada, detección de alto rendimiento y procedimientos mínimamente invasivos.

Este artículo explora la aplicación de la microfluídica en el DIV, centrándose en tres áreas principales: el diagnóstico molecular, el inmunodiagnóstico y el diagnóstico bioquímico.

1. Diagnóstico molecular

1.1 ¿Qué es el diagnóstico molecular?

El diagnóstico molecular detecta cambios genéticos y proteínicos en individuos o patógenos a nivel molecular. Se utiliza ampliamente en la detección de enfermedades infecciosas, el cribado de trastornos genéticos, la detección precoz del cáncer, la evaluación del pronóstico, la medicina de precisión y las pruebas prenatales no invasivas. Entre las diversas aplicaciones microfluídicas, los chips microfluídicos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) han mejorado significativamente las capacidades de diagnóstico molecular.

1.2 PCR: La columna vertebral del diagnóstico molecular

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica de biología molecular utilizada para amplificar fragmentos específicos de ADN. Consta de tres pasos clave:

① Desnaturalización (90°C - 95°C): Las hebras de ADN se separan bajo altas temperaturas.

recocido (55 °C - 60 °C): Los cebadores se unen a las secuencias de ADN diana.

③ Extensión (70°C - 72°C): La ADN polimerasa sintetiza nuevas cadenas de ADN.

La PCR desempeña un papel fundamental en la detección de enfermedades infecciosas, mutaciones genéticas y biomarcadores del cáncer.

1.3 Chip de PCR microfluídico: Principio y ventajas

Los chips PCR microfluídicos integran la tecnología PCR con sistemas microfluídicos para permitir una amplificación rápida y de alta eficiencia del ADN. Estos chips se caracterizan por:

① Miniaturización: Reduce el volumen de muestra y el consumo de reactivos.

② Alta velocidad: Los cambios de temperatura más rápidos mejoran la velocidad de reacción.

③ Automatización e integración: Reduce la manipulación manual y el riesgo de contaminación.

portabilidad: Permite realizar pruebas in situ o en el punto de atención (POCT).

Existen diferentes diseños de chips PCR microfluídicos:

① Tipo espacial: El fluido se mueve a través de diferentes zonas de temperatura en microcanales (por ejemplo, forma de serpiente, radiante, estructuras de bucle cerrado).

② Tipo Temporal: El fluido permanece inmóvil mientras cambia la temperatura (por ejemplo, chips centrífugos).

③ Chips LAMP (amplificación isotérmica mediada por bucle): Permiten la amplificación a temperatura constante sin ciclos de temperatura.

④ Chips de PCR digital: Distribuyen el ADN en miles de diminutas particiones para una cuantificación absoluta basada en señales de fluorescencia.

Estos avances han mejorado significativamente los diagnósticos moleculares, haciéndolos más rápidos, eficientes y accesibles.

2. Inmunodiagnóstico

2.1 ¿Qué es el inmunodiagnóstico?

El inmunodiagnóstico utiliza principios inmunológicos para detectar enfermedades y evaluar el estado inmunitario. Este método se aplica ampliamente en la detección de enfermedades infecciosas, trastornos autoinmunes y biomarcadores del cáncer.

2.2 Aplicaciones de la microfluídica en el inmunodiagnóstico

Los inmuno-chips microfluídicos han permitido realizar pruebas de inmunodiagnóstico altamente sensibles, rápidas y automatizadas. Entre las principales aplicaciones se encuentran:

① Detección de marcadores tumorales: Mide biomarcadores específicos del cáncer para el diagnóstico precoz y el seguimiento de la eficacia del tratamiento.

② Detección de antígenos/anticuerpos de enfermedades infecciosas: Identifica infecciones víricas y bacterianas mediante pruebas rápidas de antígenos/anticuerpos.

③ Diagnóstico de enfermedades autoinmunes: Detecta autoanticuerpos, que son cruciales para diagnosticar afecciones como la artritis reumatoide y el lupus.

④ Análisis hormonal: Mide los niveles hormonales para evaluaciones endocrinológicas.

2.3 Ventajas de los inmunodiagnósticos microfluídicos

① Mayor sensibilidad y especificidad: Detecta cantidades ínfimas de antígenos o anticuerpos con gran precisión.

② Resultados más rápidos: Reduce el tiempo de respuesta en comparación con los inmunoensayos tradicionales.

③ Pruebas en el punto de atención: Permite el diagnóstico rápido e in situ de enfermedades infecciosas, mejorando la gestión de los pacientes.

④ Menor consumo de muestras y reactivos: Reduce los costes de las pruebas manteniendo una alta precisión.

Estos avances hacen que el inmunodiagnóstico microfluídico sea esencial para las aplicaciones clínicas y de investigación modernas.

3. Diagnóstico bioquímico

3.1 ¿Qué es el diagnóstico bioquímico?

El diagnóstico bioquímico consiste en analizar los fluidos corporales (por ejemplo, sangre y orina) para evaluar las funciones metabólicas y detectar enfermedades. Los análisis bioquímicos más comunes miden la glucosa en sangre, los lípidos, las enzimas hepáticas, los marcadores de la función renal y las enzimas cardíacas. Los análisis bioquímicos representan casi el 30% del mercado del DIV.

3.2 Retos del análisis bioquímico tradicional

El análisis bioquímico tradicional se basa en grandes analizadores automatizados instalados en instituciones médicas. Aunque son muy precisos, estos sistemas tienen limitaciones:

Procesamiento lento: El tiempo entre muestra y resultado puede ser largo.

Consumo elevado de muestras y reactivos: Requiere mayores volúmenes de sangre y reactivos costosos.

Accesibilidad limitada: No es adecuado para pruebas descentralizadas o en puntos de atención.