Un microscopio ultracompacto para monitorizar órganos en un chip
Las medidas microscópicas se realizan tradicionalmente colocando la muestra en la placa del microscopio. Ahora, investigadores de la Universidad de Barcelona (UB) han desarrollado un dispositivo ultracompacto que permite llevar el instrumento hasta la muestra y, por tanto, analizarla de forma continua y en tiempo real.
El proyecto, liderado por el profesor del departamento de Ingeniería Electrónica y Biomédica de la Facultad de Física y miembro del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (IN2UB), Ángel Diéguez, ha recibido una ayuda Producto de la convocatoria Industria del Conocimiento 2023 de la Generalitat de Cataluña de 150.000 euros por producir un prototipo de esta innovadora tecnología. Se prevé que el microscopio tenga aplicaciones en distintos ámbitos, desde la investigación biomédica o el desarrollo de fármacos, hasta el control de la calidad del agua o del proceso de producción de vinos.
El microscopio se basa en una cámara CMOS – una tecnología para la construcción de circuitos integrados que permite una gran miniaturización – y una micropantalla con pequeños LEDs que iluminan el objeto para crear imágenes de sombra de la muestra. Estas imágenes se capturan con un detector muy sensible y se procesan con algoritmos de visión artificial para extraer información relevante para el usuario.
Una tecnología para revolucionar la investigación biomédica
El objetivo de los investigadores en esta fase de la tecnología es utilizar este microscopio para monitorizar órganos en un chip (OOC, siglas de la palabra inglesa Organ-on-a-Chip), una tecnología emergente que, en palabras del profesor Diéguez, está «revolucionando la forma de llevar a cabo la investigación biomédica», y que en este proyecto están desarrollando investigadores del mismo departamento de la UB liderados por el profesor Oscar Castaño.
Se trata de una metodología de cultivo celular que, mediante chips controlados por ordenadores y sensores que miden el metabolismo celular, simula el microambiente y los aspectos funcionales clave con el objetivo de imitar el comportamiento de un órgano vivo en una escalera microscópica. «De esta manera, se consigue un entorno in vitro, que puede replicarse fácilmente, acelerando drásticamente los ensayos biomédicos y de descubrimiento de nuevos fármacos, ahorrando el uso de animales en este tipo de experimentos», explica el investigador de la UB.
Simplificación y automatización de los experimentos
Uno de los obstáculos para el uso de estos órganos es su monitorización, especialmente para realizar ensayos masivos, que necesitan supervisar simultáneamente grandes conjuntos de dispositivos OOC. A pesar de los avances en los algoritmos de procesamiento e interpretación de imágenes automatizados, todavía hoy en día sólo se puede controlar la evolución de los tejidos de forma manual, llevándolos uno por uno a un microscopio convencional para la observación.
“Nuestro microscopio portátil y de un tamaño de unos pocos milímetros es una solución perfecta ante este problema, ya que se puede instalar un dispositivo en cada órgano en un chip para monitorizarlo de forma continua y automatizada, reduciendo el esfuerzo, los materiales y los costes de los ensayos”, explica Ángel Diéguez.
Según el investigador, este nuevo microscopio «simplificaría drásticamente» la realización de este tipo ensayos biomédicos, mejorando también «la calidad de la información recogida, gracias a la continuidad, exhaustividad y falta de manipulación externa de las muestras».
En el nuevo proyecto, con número de expediente 2023 PROD 00008, los investigadores desarrollarán un prototipo de su microscopio en miniatura y lo integrarán en un órgano en un chip, incorporando también la tecnología de procesamiento de señales para demostrar la funcionalidad y la utilidad del concepto. También trabajarán en la creación de una empresa spin-off para llevar a cabo el proceso de industrialización y comercialización de este microscopio único.
Estas ayudas del programa Industria del Conocimiento de la Generalitat están destinadas a la obtención de prototipos ya la valorización y transferencia de los resultados de investigación generada por equipos de investigación de Cataluña.