La promesa de la citometría de flujo magnético en pruebas médicas

Las pruebas de punto de atención (POC) se refieren a pruebas médicas que se realizan en o cerca del lugar donde se atiende al paciente, en lugar de en un laboratorio centralizado. Estas pruebas han ganado mucha atención en los últimos años, especialmente por la pandemia de COVID-19, que destacó la necesidad de pruebas rápidas fuera de los entornos tradicionales. Las pruebas POC ofrecen resultados rápidos, lo que las hace cruciales para guiar decisiones de tratamiento.

Se utilizan diferentes tecnologías para las pruebas POC, incluyendo pruebas que pueden detectar sustancias en una muestra basándose en cambios de color, fluorescencia o señales eléctricas. Se ha sugerido un marco llamado REASSURED para asegurar que las pruebas POC cumplan con características esenciales: conectividad en tiempo real, facilidad de Recolección de muestras, asequibilidad, sensibilidad, especificidad, facilidad de uso, rendimiento rápido y robusto, operación sin equipo y entrega a los usuarios finales.

#Citometría de flujo óptico y sus limitaciones

La citometría de flujo óptico (OFC) es uno de los métodos principales usados para analizar células. Ofrece alta sensibilidad y la capacidad de analizar múltiples sustancias a la vez. La OFC se usa a menudo para diagnosticar enfermedades como el VIH, monitorear terapias celulares, detectar virus e incluso estudiar el cáncer.

Sin embargo, la OFC requiere equipos sofisticados que generalmente se encuentran en laboratorios centrales. Esta instalación no es práctica para pruebas POC debido a factores como altos costos, volumen y la necesidad de un manejo preciso de muestras. Además, la preparación de muestras necesaria para la OFC puede ser complicada y llevar mucho tiempo.

#Citometría de flujo magnético: Un nuevo enfoque

Para abordar las complejidades asociadas con los sistemas ópticos, ha surgido un nuevo método llamado citometría de flujo magnético (MFC). En la MFC, se utilizan Nanopartículas Magnéticas (MNPs) en lugar de marcadores fluorescentes para el etiquetado celular. Esta tecnología simplifica el proceso al incorporar sensores magnetorresistivos dentro de sistemas microfluídicos, permitiendo equipos más pequeños y flujos de trabajo más fáciles.

Dado que los materiales biológicos no tienen propiedades magnéticas, el enfoque de la MFC requiere menos preprocesamiento de muestras en comparación con los sistemas ópticos. Esto lo hace adecuado para entornos POC. Sin embargo, desarrollar sistemas para la MFC que puedan operar sin lavado o pasos adicionales de muestra sigue siendo un desafío.

#Desafíos en los sistemas MFC actuales

Aunque se ha avanzado en la creación de sistemas MFC, aún hay obstáculos significativos que superar. Muchos sistemas existentes todavía requieren pasos de lavado para eliminar nanopartículas no unidas, lo que interrumpe el flujo de trabajo. Idealmente, la etiquetación de células objetivo debería ocurrir en un sistema cerrado, eliminando el pretratamiento de muestras y asegurando que el proceso sea eficiente y sencillo.

Aunque se han explorado varias estrategias, la mayoría de la investigación se ha centrado en contar células o analizar concentraciones celulares, pero no ha integrado efectivamente estos pasos en un flujo de trabajo POC unificado.

#El flujo de trabajo MFC

Este trabajo presenta un flujo de trabajo MFC simplificado que combina los pasos esenciales necesarios para un proceso cohesivo y eficiente. El flujo de trabajo incluye:

1. Recolección de muestras: Se recolectan muestras de sangre de los pacientes.
2. Etiquetado: La muestra de sangre se mezcla con nanopartículas magnéticas recubiertas de anticuerpos que atacan células específicas, como los monocytes CD14+.
3. Detección: Las células etiquetadas se transportan a través de un canal microfluídico donde son atraídas por un elemento de detección debido a un campo magnético.
4. Análisis de señal: A medida que las células etiquetadas pasan junto al elemento de detección, alteran la resistencia del sensor, creando una señal distintiva que se puede analizar.

Esta configuración permite la cuantificación de células directamente de una muestra de sangre total sin necesidad de lavar o lisar células.

#Entendiendo el rendimiento de la citometría de flujo magnético

Para evaluar la efectividad de la MFC en la cuantificación de concentraciones celulares, se realizaron experimentos utilizando microesferas magnéticas que simulan células. Estos experimentos fueron consistentes en varias concentraciones tanto en solución salina tamponada con fosfato como en muestras de sangre total.

Los resultados mostraron una relación lineal entre la concentración de microesferas detectadas por MFC, confirmando que el sistema puede medir con precisión concentraciones en un amplio rango. Sin embargo, la presencia de otras células en la sangre a veces causó variabilidad en las mediciones, particularmente a concentraciones más bajas.

#Características de las nanopartículas magnéticas

Las nanopartículas magnéticas juegan un papel crucial en la MFC. La efectividad del etiquetado celular con estas nanopartículas puede variar según su tamaño, momento magnético y qué tan bien se unen a las células objetivo. Idealmente, las nanopartículas más pequeñas reducen el ruido de fondo, que puede interferir con lecturas precisas.

La relación entre el tamaño de las nanopartículas y su momento magnético es importante para optimizar el etiquetado y lograr una cuantificación celular efectiva. La elección adecuada de nanopartículas puede mejorar significativamente el rendimiento de los sistemas MFC.

#Abordando el ruido de fondo

Uno de los desafíos al usar nanopartículas magnéticas es manejar el ruido de fondo en el sistema. Las nanopartículas no unidas pueden permanecer suspendidas en la muestra y producir señales que podrían confundir la detección de células etiquetadas. Para minimizar este problema, es esencial seleccionar nanopartículas que sean lo suficientemente pequeñas para limitar el ruido de fondo y que también proporcionen un momento magnético suficiente para una detección efectiva.

#La importancia del tiempo de incubación

La duración de la incubación al usar nanopartículas magnéticas también influye en el éxito del etiquetado celular. Tiempos de incubación más largos pueden llevar a una mejor unión de las nanopartículas a las células objetivo, mejorando la señal detectada durante la medición. Sin embargo, optimizar este paso es crucial, ya que una incubación prolongada podría no alinearse siempre con las necesidades de las pruebas rápidas POC.

#Cuantificando células con MFC

La MFC permite la cuantificación de células específicas, como los monocytes CD14+, a través de un enfoque simplificado. Varios experimentos mostraron que el sistema podría determinar efectivamente la concentración de estas células al medir las señales producidas a medida que pasaban sobre los sensores magnéticos.

A pesar de algunas limitaciones, como la influencia de las células de fondo y la necesidad de momentos magnéticos adecuados, los resultados indican que la MFC tiene un gran potencial para una cuantificación celular confiable.

#Evaluando la variabilidad y robustez

Para asegurar la confiabilidad del flujo de trabajo MFC, se probaron múltiples muestras de sangre de diferentes donantes. La consistencia de los resultados entre muestras indicó que el método podría producir datos confiables, con la variabilidad en las mediciones manteniéndose dentro de límites aceptables.

Esta robustez es crítica, especialmente para aplicaciones en entornos clínicos donde son esenciales resultados precisos y consistentes.

#Direcciones futuras

A medida que la tecnología MFC continúa desarrollándose, abordar desafíos como el análisis de señales y el diseño de nanopartículas será crucial. Aprovechar la inteligencia artificial para analizar flujos de datos complejos podría mejorar la capacidad de los sistemas MFC.

Además, centrarse en mejorar la especificidad y la cinética de unión de los anticuerpos utilizados en el proceso de etiquetado será vital para lograr una cuantificación celular más eficiente y confiable.

#Conclusión

En resumen, la citometría de flujo magnético representa un enfoque prometedor para las pruebas de punto de atención, particularmente en el análisis de muestras biológicas complejas como la sangre total. Al simplificar el flujo de trabajo y centrarse en optimizar las nanopartículas magnéticas y los tiempos de incubación, la MFC podría convertirse en una herramienta valiosa para diagnósticos clínicos, proporcionando resultados rápidos sin comprometer la fiabilidad o precisión. Los avances continuos en tecnología y metodología allanan el camino para la adopción más amplia de la MFC en diversos contextos médicos.