Notícies Notícies

Torna a la pàgina principal
Vés enrere

Dissenyen dispositius cel·lulars impresos en paper per detectar i processar senyals biològiques fora del laboratori

Dissenyen dispositius cel·lulars impresos en paper per detectar i processar senyals biològiques fora del laboratori

Els investigadors del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut de la UPF Sira Mogas-Díez, Eva Gonzalez-Flo i Javier Macía han dissenyat un dispositiu cel·lular amb capacitat de computació. És una aproximació que pot permetre produir biosensors per aplicacions com la detecció de mercuri, de còlera o del risc de preeclàmpsia de manera industrial a baix cost.

 

19.03.2021

Imatge inicial

El Grup de Recerca en Biologia Sintètica per Aplicacions Biomèdiques de la UPF ha dissenyat un dispositiu cel·lular amb capacitat de computació mitjançant la impressió de cèl·lules en paper. Per primera vegada, han desenvolupat un dispositiu viu que es podria fer servir fora del laboratori sense un especialista, i es podria produir de manera industrial a baix cost. L’estudi ha estat publicat a Nature Communications i l’ha realitzat l’equip format per Sira Mogas-Díez, Eva Gonzalez-Flo i Javier Macía.

Actualment, disposem de molts dispositius electrònics com els ordinadors o les tauletes que tenen una capacitat de computació molt eficient. Però, malgrat la seva potència, són dispositius molt limitats per detectar marcadors biològics, com per exemple els que indiquen la presència d’una malaltia. Per aquest motiu, fa uns anys es van començar a desenvolupar “ordinadors biològics”, és a dir, dispositius cel·lulars vius que poden detectar múltiples marcadors i generar respostes complexes. En aquests, els investigadors aprofiten els receptors biològics que permeten detectar senyals exògenes i, mitjançant biologia sintètica, les modifiquen per a que emetin una resposta en funció de la informació que detecten. 

Curiosament, utilitzen “tintes” de diferents tipus cel·lulars amb nutrients per “dibuixar” els circuits. Les cèl·lules queden atrapades dins el paper, vives i funcionals, i allà segueixen creixent i són capaces d’alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres cèl·lules.

Fins ara s’han desenvolupat dispositius cel·lulars que han de funcionar al laboratori, durant un temps limitat, sota unes condicions concretes i han de ser manipulats per una persona especialista en biologia molecular. Ara, un equip d’investigadors de la UPF, ha desenvolupat una nova tecnologia per “estampar” dispositius cel·lulars en paper que es pot fer servir fora del laboratori.

Curiosament, utilitzen “tintes” de diferents tipus cel·lulars amb nutrients per “dibuixar” els circuits. Les cèl·lules queden atrapades dins el paper, vives i funcionals, i allà segueixen creixent i són capaces d’alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres cèl·lules. La raó per fer això en paper (o altres superfícies com els teixits) és eminentment pràctica; és barat i fàcil d’adaptar-ho a ús industrial, es podria fer una producció de grans quantitats a molt baix preu. “Volíem dissenyar un mètode escalable i vam pensar en fer servir un sistema d’estampació com el de les samarretes”, detalla Sira Mogas-Díez, primera autora de l’estudi. “Fem uns motlles amb el nostre dibuix, el suquem a les diferents tintes cel·lulars com un tampó, el posem sobre el paper i les cèl·lules queden dipositades”, afegeix. Un punt fort és que aquests dispositius en paper es poden guardar a la nevera o fins i tot es poden congelar, ja que a la tinta cel·lular s’hi incorporen criopreservadors que ho permeten. Així, a diferència dels dispositius anteriors, aquests es poden conservar llargs períodes de temps abans de fer-los servir.

En aquesta nova aproximació, cada element del dispositiu és un grup de cèl·lules, en aquest cas bacteris, amb unes modificacions genètiques mínimes que poden detectar diferents senyals. Les cèl·lules viuen a la tira de paper i es comuniquen entre elles, integren les senyals i generen una resposta o una altra en funció de les diferents combinacions de senyals detectades. Els elements no varien, però canviant la seva ordenació a l’espai mitjançant el dibuix que fan al paper, poden construir dispositius amb funcionalitats diferents. “Per tant, l’ordre en el qual estan posades les cèl·lules és el software, les cèl·lules són el hardware i el paper és el substrat físic on estan aquestes cèl·lules”, exemplifica Javier Macía, coordinador del treball.

L’equip d’investigadors ha dissenyat diferents dispositius biosensors, un amb una aplicació específica per detectar mercuri. L’aportació del sistema respecte altres existents és que fa una estimació visual de la concentració de mercuri sense necessitat d’un dispositiu al laboratori que ho mesuri. En funció de la quantitat de mercuri present, apareixen més o menys puntets a la tira reactiva que es poden comptar a simple vista.

Una altra aplicació que estan desenvolupant es basa en detectar el còlera en aigües contaminades. “A les poblacions que tenen risc de còlera moltes vegades no es disposa d’un laboratori ni d’un especialista. Per això, la nostra idea era desenvolupar un nou mètode que ens permetés treure la tecnologia viva fora del laboratori i utilitzar-la sobre el terreny. La nostra aproximació és interessant per abordar aquest tipus de problemes perquè és molt barata i possibilita la producció de dispositius cel.lulars en quantitats industrials”, explica Sira.

Sens dubte queda molta feina per fer, però aquests primers resultats apunten que la metodologia desenvolupada pot ser el mitjà que faciliti la creació de productes comercials basats en dispositius vius.

Un altre dels potencials usos, seria per identificar, per exemple, el risc de preeclàmpsia. La seva detecció no depèn només d’un sol marcador, sinó d’una complexa combinació d’aquests. Una tira reactiva amb el dispositiu cel·lular amb la configuració adient podria detectar les combinacions de biomarcador, analitzar-les i determinar el risc d’una embarassada de patir aquesta malaltia.

“Sens dubte queda molta feina per fer, però aquests primers resultats apunten que la metodologia desenvolupada pot ser el mitjà que faciliti la creació de productes comercials basats en dispositius vius”, conclou Javier Macía. 

Article de referència:

Mogas-Díez, S., Gonzalez-Flo, E. & Macía, J. 2D printed multicellular devices performing digital and analogue computation. Nat Commun 12, 1679 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21967-x.

Multimèdia

Multimedia

Multimedia

Categories:

Per a més informació

Para más información

For more information

Notícia publicada per:

Noticia publicada por:

News published by:

Unitat de Comunicació i Projecció Institucionals

Unidad de Comunicación y Proyección Institucionales

Institutional Communication and Promotion Unit