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 Entrevista a docente e Investigador de la FIUNER

Fabio Ariel Guarneri es bioingeniero, doctor en ingeniería, docente investigador de la Facultad de Ingeniería de la UNER e investigador del CONICET. Es también responsable del primer proyecto de nanotecnología de la UNER, destinado a desarrollar un chip que, mediante el análisis proteómico de la córnea, diagnostique enfermedades oculares como el queratocono. Dialogamos con el Dr. Guarnieri sobre el proyecto Nanomedicina que dirige dentro del proyecto en red: Laboratorio en red para el Diseño, Simulación y Fabricación de Nano y Microdispositivos, prototipos y muestras. 

1) ¿Qué es el queratocono y cómo surge esta investigación en particular?

El queratocono es una de las enfermedades que están en la córnea y, hoy en día, el diagnóstico no alcanza a detectar cuando están subyacentes, es decir, cuando la enfermedad no se ha manifestado aún, llamado queratocono frustro o subclínico.

 El problema surge al operar a un paciente con queratocono frustro o subclínico. La operación más común hoy en día es la cirugía refractiva, que permite corregir las ametropías; en otras palabras “sacarse los anteojos”. Se ha intervenido a gente con esta técnica y ha aparecido la enfermedad a través de lo que se llama una ectasia corneal; es decir que el ojo, luego de la cirugía, ha empezado a parecerse a un queratocono. La idea del proyecto surgió por el año 2000 o 2001, cuando estaba en EEUU, realizando un post-doctorado en la Universidad de Stanford. Allí asesorábamos para una empresa que fabricaba el láser para cirugía refractaria. Ellos querían saber en qué casos ocurría este problema. Buscamos determinar, dentro de mi tema que es la biomecánica corneal, si la córnea de los pacientes con queratocono era débil. Hicimos un trabajo científico, lo publicamos en una reunión anual y se demostró que no era suficiente que la córnea fuera débil para tener ese comportamiento. Lo que se me ocurrió fue ir más profundo: ver qué pasa con las proteínas, si hay algún marcador que uno pueda detectar para decir que la córnea tiene un coctel de proteínas diferente al normal, ya que no era viable realizar como  rutina una biopsia a un paciente normal. De alguna forma, la nanotecnología o la microtecnología podían llegar a ayudar, a través del Lab on a chip o laboratorio sobre un chip. Mediante este microdispositivo podrá realizarse el análisis proteómico minimizando la cantidad de muestra necesaria y de reactivos utilizados. Además de la reducción de costo, masividad y comodidad del oftalmólogo y de la medicina en general que esta tecnología permite. Entonces, surgió la idea de hacer un microsensor de estas proteínas para esta enfermedad.

 

2) ¿Qué método utilizan para hacer ese trabajo? ¿Qué herramientas?

 Una herramienta es el diseño con simulación, utilizando el método de los elementos finitos, modelamos todo el chip como una geometría 3D y modelamos toda la física o físico-química que está involucrada, esa es una tecnología. La otra está relacionada con la producción: la microfabricación a través de una tecnología relativamente nueva, denominada MEMS, que es un acrónimo de Sistemas Micro Electro Mecánicos. Básicamente son los mismos procesos de fabricación que se utilizan para los chips electrónicos. 

Se parte del silicio utilizando técnicas aditivas y sustractivas, se transfiere  un patrón que está en un dibujo, digamos en Autocad, a través de una técnica que se llama litografía: son máscaras ópticas que se les pasa luz ultravioleta y sensibiliza ciertas resinas que después van sirviendo para agregar o sacar material del silicio. La tecnología MEMS lo que agrega es la posibilidad de hacer microcanales, de hacer estructuras tridimensionales. Además agrega otros materiales, como los polímeros, que son compatibles con varios procesos biológicos o químicos. Esto permite integrar la electrónica con el sensor y el actuador. Se puede fabricar una microbomba en un chip y se puede manipular un tejido que está en un líquido, llevarlo a un lugar, calentarlo, llevarlo a otro lugar, aplicarle un campo eléctrico para que se separe como la electroforesis y después llevarlo a otro lugar que detecte la separación de esas proteínas que se fueron apartando a través de un método, por ejemplo, óptico o un método eléctrico. También se puede medir la conductancia de esa sustancia donde van pasando las proteínas y así tener de nuevo una señal eléctrica. Todo ese proceso se realiza dentro de un mismo chip, por eso se llama Lab on a chip.

 

3) ¿Cómo hacen para trabajar con la muestra y que el microchip pueda analizarla?

La muestra se toma a través de una técnica, que ya se emplea, que se llama citología de impresión. Son unas pequeñas membranas porosas con las que se presiona sobre la córnea, luego se retrae y quedan algunas células y parte de la mucosa. A esa muestra se la introduce en una solución líquida y se lo deposita en una pequeña probeta, una pequeña cantidad es suficiente. Luego el microchip procesaría todo. Una ventaja es trabajar con volúmenes menores, y utilizar un proceso más rápido. ¿Qué pasa? Se deja de separar la muestra por electroforesis, de introducirla en un medio sólido gel, de dimensiones de varios centímetros, donde la velocidad es muy lenta y se le aplica un campo eléctrico muy alto (del orden de los mil volts). Son dos técnicas que van secuenciales, que requieren horas, una manipulación e, incluso, hay que hacerlo en forma manual. La idea es hacer ambas etapas en un mismo microchip. Puede, incluso, aprovechar ciertas propiedades que permite la miniaturización, ciertos aspectos eléctricos, se llaman electrocinéticos, el cual puede manipular eléctricamente los movimientos del fluido sin necesidad de utilizar válvulas con partes móviles o bombas de presión. Es decir, hay muchas propiedades que se aprovechan de la miniatura: como que el perfil de avance de la muestra es plano y no curvo, eso mejora mucho la resolución que tiene el método de diagnóstico.

 

3)  El carácter ambulatorio del análisis, ¿tiene relación con el concepto de lab on a chip?

Se debe a que es muy pequeño, la energía a utilizar es mínima, puede ser descartable, como varios test que ya hay en la farmacia; estas características favorecen la posibilidad de hacer el diagnostico de manera ambulatoria. Uno para hacerse un test de embarazo no requiere ir al laboratorio bioquímico o por lo menos no ir primero. No digo que con esto no se tenga que ir al oftalmólogo. Pero uno ya podría saber, o el mismo oftalmólogo hacerlo en el momento o llevarlo al laboratorio bioquímico, pero en vez de llevar de a uno o de a dos o diez, lleva de a mil. Por su parte, el laboratorio analiza todo eso y, quizás, en horas tiene todo la información transmitida por computadora. En un futuro próximo va a cambiar bastante el tema de la información a nivel, ya no solamente de información como sistema o datos, sino como información a nivel salud.

 

4) ¿Este nuevo método de diagnóstico sería más efectivo que los actuales?

Bueno, eso hay que demostrarlo. Tiene potencial de que sea más preciso, más rápido. A la hora de demostrarlo, empiezan a aparecer otros problemas; por eso no queremos adelantarnos. Pero es potencialmente mejor, con un fundamento racional y científico de que la miniatura produce mayor velocidad porque hay menos masa, entonces produce menos efectos inerciales, los problemas térmicos son reducidos a pesar de que otros pueden ser aumentados. Entonces, en todo ese balance lo que hay que demostrar es que es más rápido y más preciso.

 

5) ¿Cuánto tiempo demandó la investigación básica para este proyecto en particular?

Bastante, porque, por un lado, está la investigación básica de la enfermedad: saber que marcadores moleculares tiene ésta para conocer si hay alguna proteína o algún gen que se pueda ser detectado por el chip. La parte médica no la podemos hacer solo nosotros, sino que lo tenemos que investigar junto con colaboradores. Descubrimos que no era un solo marcador, eran muchos y algunos que todavía podemos encontrar. Quizás con el chip se nos facilite en cuestión de costo, poder detectar nuevos marcadores en una población de pacientes con queratocono, queratocono frustro o normales. Esa sería una contribución, no sólo para nuestro proyecto aplicado, sino también para la ciencia en general. Por otro lado, también está la investigación básica en cuanto a modelos matemáticos. Hemos publicado a través de una tesis doctoral (Pablo Kler) y de trabajos publicados en revistas sobre modelos matemáticos y computacionales del problema físico-químico en sí de detectar esto en la microescala. Eso también es una contribución a la ciencia en general.

 

6) ¿Quiénes integran el equipo de trabajo de este proyecto?

Participan estudiantes de doctorado, maestría y de grado de la Facultad de Ingeniería (FI-UNER), de la Facultad de Ingeniería y Ciencia Hídricas (FICH-UNL), del Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería perteneciente al INTEC, con sede en Santa Fe; en mi caso soy el director del equipo y trabajo en la FI-UNER y en el CONICET-Santa Fe. Tenemos una página web http://www.labbiomems.com/ donde se puede conocer a los integrantes y colaboradores del proyecto, tanto actuales como quienes han pasado por el laboratorio.

 

7) ¿Este proyecto de BioMEMS integra el nodo Entre Ríos-Mendoza de la red de nanotecnología?

Sí, es una línea especial de financiamiento para Nanotecnología que otorgó la Agencia Nacional de Promoción Científico y Tecnológica. El esquema de nuestra red era como  mínimo, cinco universidades o centros, de las cuales dos debían ser áreas de vacancia. Una de ellas fue nuestra universidad, es el primer proyecto de nanotecnología en la UNER, y el otro la Universidad Nacional del Nordeste. La red completa está integrada también por el Instituto de Medicina y Biología Experimental de Cuyo (IMBECU-CONICET), el Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (INTEC) perteneciente a la Universidad Nacional del Litoral y al CONICET y la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) en sus sedes Constituyentes y Bariloche.

 

8) ¿Y cómo se sienten siendo los pioneros en eso? ¿Se sienten apoyados?

Por el momento no nos da el vértigo, estamos focalizados en resolver problemas. Si nos sentimos acompañados desde el primer momento, tanto por el anterior decano, el actual y también el rector. Por supuesto, por el CONICET y la Agencia que nos ha financiado el primer subsidio de nanotecnología en la Universidad, esto nos permitió hacer un minilaboratorio, para arrancar. Después obtuvimos un subsidio para Proyecto de Infraestructura y Equipamiento Tecnológico (PRIETEC) que nos permitirá tener una sala limpia apropiada para hacer este tipo de dispositivos. Además en breve se firmara el convenio para el financiamiento de un Proyecto de Investigación Científica y Tecnológica (PICT) con la Agencia.

 

9) ¿Cuál es la relación de este trabajo con la sociedad?

Aquí la relación es directa. Nuestra investigación es aplicada. Si bien también hacemos investigación básica, en este caso la aplicamos. Lo que nosotros queremos llevar a la sociedad, más allá de lo que antes mencionamos, es que desde la universidad, con colaboradores que pueden estar en otras instituciones o en instituciones privadas e incluso hasta con inversores llegar a un producto que sea utilizado directamente por la sociedad. En este caso por los oftalmólogos.

 

 Fuente: Boletin Secretaría de Ciencia y Tecnica UNER. Responsable: Paola Carolina Campo. Pasante: Esteban Landi.

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