Cuando alguien con fiebre alta llega a una clínica rural de África, el diagnóstico puede ser turbio. Los síntomas podrían ser los del dengue, el ébola, el virus del Nilo Occidental, la malaria o la gripe, y los resultados de los exámenes de sangre hechos en laboratorios distantes, en caso de estar disponibles, a menudo toman días. Ahora, un puñado de investigadores están trabajando separadamente en pruebas diagnósticas baratas y de papel que identifican con precisión la causa de una enfermedad en minutos y puede acelerar el tratamiento y prevenir su propagación. Sin embargo, la falta de financiación y socios comerciales significa que la mayoría podría languidecer en los laboratorios.
Los sensores experimentales de papel que detectan moléculas químicas o biológicas han probado ser fáciles de usar sin la necesidad de equipos costosos o especialistas entrenados. Pueden costar centavos y prometen ser más sensibles que los kits rápidos de diagnóstico que están hoy en el mercado. Es más, podrían tener aplicaciones más amplias, como tratar enfermedades tropicales olvidadas, en especial porque las compañías farmacéuticas se enfocan en dolencias generalizadas que tienen mercados más grandes. Además de salvar cientos de miles de vidas cada año en el mundo en desarrollo, estas pruebas hechas a base de papel podrían contener los costos de atención sanitaria al permitir la realización de pruebas de diagnóstico caseras en regiones desarrolladas.
No obstante, a pesar de sus numerosos beneficios, hay un riesgo de que la mayoría de esos dispositivos quizás nunca puedan cumplir sus promesas.
Mini-laboratorios
Las compañías farmacéuticas ya venden millones de pruebas rápidas de papel, a un costo de entre $1 y $2 para el VIH, la hepatitis C y la tuberculosis, entre otras enfermedades. Son sistemas simples de flujo lateral similares a las pruebas de embarazo caseras: una tira de papel absorbe orina o sangre que migra de un extremo al otro donde hay productos químicos o anticuerpos que interactúan con el reactivo apropiado, provocando un cambio de color. Pero su simplicidad es también su limitante. “Funcionan, pero dan resultados del tipo blanco-negro, y sirven para una sola cosa”, dice George Whitesides, químico de la Universidad de Harvard.
En las últimas décadas, Whitesides y otros han sido pioneros en las nuevas pruebas, que se presentan como intrincados mini-laboratorios en papel. Como si fueran chips microfluídicos, los dispositivos de papel pueden separar, mezclar y concentrar fluidos así como llevar a cabo reacciones programadas y controlar su secuencia; todo mediante redes de canales de absorción de fluidos en el papel. Whitesides fabrica estos diseños usando cera en papel de filtro del tamaño de una estampilla de correo, texturada para formar pequeños canales y compartimientos. Su equipo usa impresoras de chorro de tinta para crear esas características, de modo que su fabricación solo cuesta unos centavos. El experto también ha patentado dispositivos 3D en los que los líquidos fluyen a lo largo y entre las capas en procesos más complejos.
A diferencia de las pruebas de flujo lateral que se comercializan actualmente, “los dispositivos microfluídicos de papel pueden hacer pruebas más complejas que requieren múltiples etapas de procesamiento”, dice Ali Yetisen, ingeniero químico y biotecnólogo de la Escuela de Medicina de Harvard. Por ejemplo, podrían repetir una prueba para ver su exactitud, para analizar múltiples enfermedades a la vez, o para medir niveles precisos de una molécula objetivo. Y no necesitan la preparación de muestras.
Entre tanto, Paul Yager, bioquímico de la Universidad de Washington, ha desarrollado un dispositivo portátil de plástico del tamaño de dos mazos de cartas que tiene tiras de papel con diseños y huecos que contienen reactivos y colorantes, y en los cuales los usuarios podrían insertar una muestra líquida
Los patrones de puntos que aparecen luego de 20 minutos podrían ser leídos por un médico, o enviados en forma de imagen a través de un smartphone a un médico en otro lugar. Yager dice que fabricar la caja en grandes cantidades podría costar tan solo $1.
Aplicación revolucionaria
Con subsidios de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés), Yager y Whitesides están trabajando en la aplicación revolucionaria del papel microfluídico: los ensayos de ácidos nucleicos. Esto permitiría que un médico pueda diagnosticar una serie de enfermedades infecciosas y crónicas mediante la detección de secuencias genéticas o ADN patógeno. “El objetivo es elaborar una huella estándar para una prueba de papel de ácido nucleico en la que simplemente se cambien una o dos moléculas para detectar diferentes enfermedades”, dice Yager. Actualmente, la detección de ácido nucleico se realiza usando pruebas de laboratorio de reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés), que hacen copias de cadenas de ADN. “Sería revolucionario si alguien quisiera desarrollar una PCR completa basada en papel”, dice Yetisen.
Pero debido a que la PCR requiere una serie de ciclos de temperatura, Yager y Whitesides usan lo que se llama ‘amplificación isotérmica’, que se lleva a cabo a un rango de temperatura constante de entre 60 y 65 grados Celsius. El desafío es encontrar un mecanismo de calentamiento barato y descartable. El grupo de Yager ha hecho un prototipo que puede detectar con precisión la bacteria MRSA resistente a los antibióticos y está trabajando en la prueba del virus del Zika. Pero el dispositivo usa baterías para alimentar un circuito de calefacción. Los investigadores están experimentando con el uso de sobres del tamaño de bolsitas de té llenas de gránulos de hierro y magnesio de 100 micrómetros de ancho, similar a lo que se emplea en calentadores de mano, para crear químicamente el calor necesario. Mientras tanto, Whitesides y sus colegas han hecho una máquina de papel que puede detectar ácidos nucleicos usando una fuente de rayos ultravioleta y la cámara de un teléfono. La prueba cuesta menos de $2, pero necesita una incubadora para calentarse. El equipo está desarrollando un calentador electrónico incorporado.
Un puñado de compañías está tratando de probar y desplegar el papel microfluídico en el mundo en desarrollo. ‘Diagnostics for All’, una organización sin fines de lucro creada por Whitesides en 2007, está en la última etapa para la aprobación por organismos regulatorios de una prueba de toxicidad hepática para pacientes que toman potentes medicamentos que dañan el hígado. El dispositivo mide el nivel de una enzima liberada por las células hepáticas cuando se descomponen. La firma también está desarrollando una prueba de ácido nucleico para la hepatitis C y el VIH, dice el gerente general Marcus Lovell-Smith
Intellectual Ventures, con sede en Bellevue (Washington), está probando dos productos: uno es una prueba de $2 para la malaria, que es 100 veces más sensible que los ensayos de flujo lateral actuales, dice Bernhard Weigl, investigador de diagnóstico basado en el flujo, que trabaja en la empresa. Allí, los expertos también están desarrollando un análisis de orina fácil para la tuberculosis. Las tiras que se usan actualmente necesitan que el paciente tosa con flema, lo que es difícil para los enfermos.
Sin embargo, hasta la fecha, la mayoría de los papeles microfluídicos siguen siendo pruebas de concepto. Parte del problema es la dificultad de llevar algo que es una maravilla en el laboratorio y transformarlo en algo que sea robusto y fiable en climas que con frecuencia son calurosos y húmedos. “Es muy fácil hacer dispositivos relativamente atractivos, pero es difícil hacerlos reproducibles”, dice Weigl.
El mayor desafío es la falta de financiación para los ensayos, las aprobaciones regulatorias y la fabricación. “Hemos mostrado un camino y hemos un hecho un interesante trabajo inicial”, dice Smith. “Pero estos son proyectos inmensamente costosos. Se necesitan decenas de millones de dólares para conseguir que estas pruebas sean aprobadas”.
Yetisen destaca la falta general de financiación en el área de las enfermedades tropicales porque el retorno para las compañías farmacéuticas es bajo. Actualmente, Whitesides está en conversaciones con dos grandes socios industriales fuera de EE. UU. que están interesados en dispositivos microfluídicos de papel para otros usos más allá de las enfermedades tropicales. “La esperanza”, dice el investigador, “es que podamos tener un socio que desarrolle una plataforma para una aplicación que le interese, y luego aprovechar el capital para desarrollar lo que pueda ser útil en Bombay o Kinshasa”.
