Chip para diagnóstico de la leucemia infantil

Kalaumari Matoral Peña(Ponente)
,
Marco de Donato Capote (Ponente)
,
Omar Israel González Peña(Ponente)
,
Goldie Oza N. Artzi(Ponente)
,
Ashutosh Sharma(Ponente)

Tecnologico de Monterrey
,
Dirección de Investigación VICSA
,
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica

Activity:

Transferencia de Conocimiento

Divulgación en medio masivo de comunicación

Artículo de Divulgación con evaluación por pares

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Divulgación en medio masivo de comunicación

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09/02/2022

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International

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De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, el cáncer es la segunda causa de muerte a nivel mundial (Figura 1 y 2). Es una enfermedad en donde un grupo de células del cuerpo humano crecen de forma descontrolada y afectan las funciones del organismo. Según la Secretaría de Salud en México, se considera que el 50% de los casos de cáncer infantil son causados por la leucemia, que es un tipo de cáncer de la sangre donde generalmente se presenta un número muy elevado de las células llamadas glóbulos blancos o leucocitos. Figura 1. Una de cada seis muertes a nivel mundial es causada por cáncer, aproximadamente 10 millones de personas fallecieron por esta enfermedad en 2019. La detección temprana de esta enfermedad aumenta la probabilidad de que el tratamiento sea efectivo y que el infante sobreviva. Desafortunadamente, en nuestro país más de la mitad de los casos de leucemia infantil se detectan en etapas avanzados. Para resolver esta situación, se requieren herramientas de diagnóstico médico que sean económicas y accesibles para la población. Figura 2. Principales causas de muerte a nivel mundial en 2019 (IHME y Global Burden of disease). En la leucemia, los leucocitos (células de defensa del cuerpo humano) sufren mutaciones dañinas en el ADN (Ácido Desoxirribonucleico), que es la sustancia encargada de almacenar y transferir las instrucciones que las células del cuerpo humano necesitan para desempeñar sus funciones de forma correcta. Estas mutaciones pueden ocurrir de forma aleatoria o ser causadas por exposición a sustancias tóxicas, luz ultravioleta u otros factores ambientales. Cuando las instrucciones contenidas en el ADN tienen errores, los leucocitos empiezan a comportarse de manera inadecuada. Uno de estos comportamientos es el crecimiento descontrolado (aumento anormal del número de estas células), que en etapas avanzadas afecta las funciones vitales del organismo y puede provocar la muerte del individuo. La mayoría de los signos y los síntomas de la leucemia son el resultado de la deficiencia de células normales en el torrente sanguíneo. Esto sucede cuando la cantidad de células leucémicas (células cancerosas) es mayor a la de los leucocitos normales en la sangre. Dicha deficiencia puede diagnosticarse mediante pruebas de sangre, pero también puede producir síntomas generales como: fiebre, fatiga, pérdida de peso, náusea, erupciones en la piel y aparición de moretones (hematomas) sin haber recibido traumas o golpes bruscos. Es muy importante, particularmente en los niños, estar al pendiente de la aparición de uno o varios de estos síntomas, ya que frecuentemente pasan desapercibidos o se confunden con afectaciones comunes en esta etapa de crecimiento. Figura 3. Principales síntomas de la leucemia. Las leucemias se clasifican de acuerdo con el tipo de leucocito (linfocito, monocito, etc.) que se multiplica de forma descontrolada. Por ello, su diagnóstico se realiza mediante un análisis que contabiliza el número de cada tipo de leucocito que se encuentra presente en la sangre. Este proceso requiere de equipo de laboratorio y personal especializado, lo cual dificulta el acceso de estos procedimientos de diagnóstico a algunos sectores de la población. Esto conlleva a que muchos de los casos de leucemia infantil en poblaciones vulnerables se detecten en etapas avanzadas, lo cual limita considerablemente la efectividad de los tratamientos disponibles. Por este motivo, impera la necesidad de desarrollar tecnologías de diagnóstico más confiables, accesibles, fáciles de implementar, portátiles y económicas. Con el objetivo desarrollar un dispositivo portátil y de bajo costo para el diagnóstico de la leucemia, el Grupo de Investigación con Enfoque Estratégico en Bioprocesos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Querétaro (M. en C. Kalaumari Mayoral Peña, y Dr. Marcos de Donato Capote) ha formado una alianza colaborativa con el Grupo de Investigación con Enfoque Estratégico de Ciencia y Tecnología del Agua (Dr. Omar I. Gonzalez Peña) en el Centro del Agua para América Latina y el Caribe del Tecnológico de Monterrey Campus Monterrey y con el Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluidica (LABMyN) que pertenece al Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ) del CONACyT (Dr. Goldie Oza). Además, se cuenta con las colaboraciones internacionales del Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School y el Massachusetts Institute of Technology (MIT) (Dra. Natalie Artzi). El dispositivo mencionado es un laboratorio en un chip (Lab-on-a-Chip), el cual cabe en la palma de la mano y será capaz de cuantificar los diferentes tipos de leucocitos presentes en una muestra de sangre sin la necesidad de un costoso equipo de laboratorio y personal especializado (Figura 4). Mediante este innovador “chip” se espera obtener un diagnóstico oportuno de la leucemia primordialmente en los niños y jóvenes de escasos recursos en México. Figura 4. Diagrama del dispositivo de diagnóstico de leucemia. ¿Cómo funciona el laboratorio en un chip? El “chip” es un dispositivo que cuenta con un sistema de diagnóstico integrado en un espacio con un tamaño similar a un teléfono celular. Estas dimensiones permiten que el dispositivo sea portátil y de fácil manejo en los sitios de atención médica. Para lograr estas funciones, se utiliza la microfluídica, una tecnología capaz de miniaturizar el proceso de detección de las células cancerosas. Como su nombre indica, la microfluídica trabaja con fluidos (como sangre, orina, saliva, etc.) en canales o compartimientos con dimensiones en el orden de micrómetros o micras, que corresponden a la milésima parte de un milímetro. En esta escala se encuentran las células del cuerpo humano (8-15 micras), que son aproximadamente 10 veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano (al ser tan pequeñas no pueden verse a simple vista). Por lo tanto, mediante la microfluídica se llevan a cabo las operaciones de un laboratorio de análisis clínico en un espacio de unos cuantos centímetros (Figura 5) y sólo se requiere una pequeña gota de sangre u otros fluidos. Un ejemplo de ello es el glucómetro, utilizado para monitorear los niveles de azúcar en la sangre en las personas con diabetes. Se espera que en el futuro este “chip” de diagnóstico para la leucemia se utilice de forma tan sencilla como la de un glucómetro, aunque el diagnóstico de la leucemia es un proceso mucho más complejo, por lo que requiere mayor investigación y desarrollo en esta área. Figura 5. Fotografía de un dispositivo microfluídico con sistema óptico de bajo costo para la detección de células cancerosas humanas. Mediante este proyecto de colaboración e innovación multidisciplinario y multisectorial el Tecnológico de Monterrey refrenda su responsabilidad social contribuyendo en el desarrollo científico de México, lo que se traduce en la generación de conocimiento y tecnología para resolver los problemas de la salud global y construir una sociedad más justa y un mundo más sostenible. Agradecimientos Los autores agradecen al Dr. Jesús Eduardo Elizondo Ochoa del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey por su contribución en el proceso de edición de este artículo. También agradecen a la M. en Biotecnología Rosario del Carmen Flores Vallejo por su contribución en la revisión crítica, edición y mejoras en las ilustraciones del presente artículo. Autores Kalaumari Mayoral Peña. EXATEC de Ingeniería en Biotecnología y Maestro en Ciencias por la Universidad Autónoma de Querétaro. Actualmente cursa el Doctorado en Biotecnología en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Querétaro. Contacto: [email protected] Asesor Marcos de Donato Capote, Ph.D. en el área de Genética por Texas A&M University. Profesor del Grupo de Investigación con Enfoque Estratégico en Bioprocesos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Querétaro. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (Nivel 2). Contacto: [email protected] Orcid: https://orcid.org/0000-0001-8860-6020 Asesores adicionales (Colaboradores) Omar Israel González Peña, Ph.D. en el área de Ingeniería Química por Case Western Reserve University. Profesor del Grupo de Investigación con Enfoque Estratégico de Ciencia y Tecnología del Agua en el Centro del Agua para América Latina y el Caribe del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Y profesor adscrito en el R4C-IRG Grupo de Investigación Interdisciplinar de Razonamiento para la Complejidad del Instituto para el Futuro de la Educación. Asimismo, es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (Nivel C). Contacto: [email protected] Orcid: https://orcid.org/0000-0001-7327-6145 Natalie Artzi, Ph.D. por el Technion Instituto Tecnológico de Israel. Profesor Asistente en el Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School. Investigador Principal en el Institute for Medical Engineering and Science en el MIT. Miembro Asociado del Broad Institute de Harvard y el MIT. Orcid: https://orcid.org/0000-0002-2211-6069 Goldie Oza, Ph.D. por la Universidad de Mumbai, India. Profesor e Investigador del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica y del Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluídica. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (Nivel 1). Contacto: [email protected] Orcid: https://orcid.org/0000-0003-1051-0795 Ashutosh Sharma, Ph.D. en Biotecnología por la Universidad Autónoma de Morelos. Director de Departamento Regional del Bioingeniería del Tecnológico de Monterrey, Campus Querétaro. Profesor e Investigador del Tecnológico de Monterrey. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (Nivel 1). Contacto: [email protected] Orcid: https://orcid.org/0000-0002-9000-1378 ¿Quieres saber más? Para más información puedes consultar los siguientes artículos científicos relacionados con este tema: https://www.medigraphic.com/pdfs/gaceta/gm-2018/gm184q.pdf https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.115782 https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.07.004 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3005616 , opens in new tab