Un microscopi ultracompacte per monitorar òrgans en un xip
Les mesures microscòpiques es realitzen tradicionalment col·locant la mostra a la placa del microscopi. Ara, investigadors de la Universitat de Barcelona (UB) han desenvolupat un dispositiu ultracompacte que permet portar l’instrument fins a la mostra i, per tant, analitzar-la de forma contínua i en temps real.
El projecte, liderat pel professor del departament dʼEnginyeria Electrònica i Biomèdica de la Facultat de Física i membre de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB), Ángel Diéguez, ha rebut un ajut Producte de la convocatòria Indústria del Coneixement 2023 de la Generalitat de Catalunya de 150.000 euros per produir un prototip d’aquesta innovadora tecnologia. Es preveu que el microscopi tingui aplicacions en diferents àmbits, des de la recerca biomèdica o el desenvolupament de fàrmacs, fins al control de la qualitat de l’aigua o del procés de producció de vins.
El microscopi es basa en una càmera CMOS – una tecnologia per a la construcció de circuits integrats que permet una gran miniaturització – i una micropantalla amb petits LEDs que il·luminen l’objecte per crear imatges d’ombra de la mostra. Aquestes imatges es capturen amb un detector molt sensible i es processen amb algoritmes de visió artificial per extreure informació rellevant per a l’usuari.
Una tecnologia per revolucionar la recerca biomèdica
L’objectiu dels investigadors en aquesta fase de la tecnologia és utilitzar aquest microscopi per monitorar òrgans en un xip (OOC, sigles de la paraula anglesa Organ-on-a-Chip), una tecnologia emergent que, en paraules del professor Diéguez, està “revolucionant la manera de dur a terme la recerca biomèdica”, i que en aquest projecte estan desenvolupant investigadors del mateix departament de la UB liderats pel professor Oscar Castaño.
Es tracta d’una metodologia de cultiu cel·lular que, mitjançant xips controlats per ordinadors i sensors que mesuren el metabolisme cel·lular, simula el microambient i els aspectes funcionals clau amb l’objectiu d’imitar el comportament d’un òrgan viu en una escala microscòpica. “D’aquesta manera, s’aconsegueix un entorn in vitro, que es pot replicar fàcilment, accelerant dràsticament els assajos biomèdics i de descoberta de nous fàrmacs, estalviant l’ús d’animals en aquest tipus d’experiments”, explica l’investigador de la UB.
Simplificació i automatització dels experiments
Un dels obstacles per a l’ús d’aquests òrgans és el seu monitoratge, especialment per dur a terme assajos massius, que necessiten supervisar simultàniament grans conjunts de dispositius OOC. Malgrat els avenços en els algoritmes de processament i interpretació d’imatges automatitzats, encara avui en dia només es pot controlar l’evolució dels teixits de manera manual, portant-los un per un a un microscopi convencional per a l’observació.
“El nostre microscopi portàtil i d’una mida d’uns pocs mil·límetres és una solució perfecta davant aquest problema, ja que es pot instal·lar un dispositiu a cada òrgan en un xip per monitorar-ho de manera contínua i automatitzada, reduint l’esforç, els materials i els costos dels assaigs”, explica Ángel Diéguez.
Segons l’investigador, aquest nou microscopi “simplificaria dràsticament” la realització d’aquest tipus assaigs biomèdics, millorant també “la qualitat de la informació recollida, gràcies a la continuïtat, exhaustivitat i manca de manipulació externa de les mostres”.
En el nou projecte, amb número d’expedient 2023 PROD 00008, els investigadors desenvoluparan un prototip del seu microscopi en miniatura i ho integraran en un òrgan en un xip, incorporant també la tecnologia de processament de senyals per demostrar la funcionalitat i la utilitat del concepte. També treballaran en la creació d’una empresa spin-off per portar a terme el procés d’industrialització i comercialització d’aquest microscopi únic.
Aquests ajuts del programa Indústria del Coneixement de la Generalitat estan destinats a l’obtenció de prototipus i a la valorització i transferència dels resultats d’investigació generada per equips de recerca de Catalunya.