Development of a Highly Sensitive and Rapid Lateral Flow Immunochromatographic Assay for the Quantitative Detection of Small Extracellular Vesicles

Dentro de cada gota de sangre, orina y saliva, flotan diminutas burbujas que transportan mensajes de las células que las liberaron. Estas son vesículas extracelulares, paquetes microscópicos envueltos en una membrana que las células utilizan para comunicarse entre sí. Entre ellas, las versiones más pequeñas, conocidas como pequeñas vesículas extracelulares, son particularmente importantes. Ahora se reconocen como mensajeros vitales que pueden revelar la salud de sus células progenitoras, incluyendo si un tumor está creciendo. Debido a que circulan libremente por el cuerpo, los médicos están ansiosos por utilizarlas como una forma de diagnosticar enfermedades como el cáncer sin necesidad de una cirugía invasiva. Sin embargo, encontrar y contar estas diminutas burbujas es notoriamente difícil. Son pequeñas, están mezcladas en un mar de otras proteínas y las herramientas utilizadas actualmente para estudiarlas suelen ser lentas, costosas y requieren equipos de laboratorio complejos.

Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva forma de capturar y contar estas vesículas que es más rápida, económica y mucho más sensible que los métodos anteriores. Crearon una tira de prueba especializada, similar a una prueba de embarazo casera, pero diseñada para detectar un marcador específico en la superficie de estas vesículas. Al cambiar el orden en el que se aplican la muestra y las herramientas de detección, y al utilizar una reacción química que emite luz en lugar de un simple cambio de color, construyeron un sistema capaz de detectar números extremadamente bajos de vesículas. Este avance acerca mucho más la posibilidad de realizar pruebas de sangre rutinarias y rápidas para la detección temprana de enfermedades.

Los investigadores se centraron en una proteína específica llamada CD9, que se asienta en la superficie de estas pequeñas vesículas como una bandera. Para encontrarlas, diseñaron un ensayo inmunocromatográfico de flujo lateral, un dispositivo donde una muestra líquida viaja a lo largo de una tira de material poroso. A medida que el líquido se mueve, encuentra anticuerpos diseñados para agarrarse a la proteína CD9. En una configuración tradicional, la muestra y los anticuerpos de detección se mezclan juntos en un recipiente antes de verterlos sobre la tira. El equipo probó este enfoque estándar contra un nuevo método de dos pasos. En el nuevo método, la muestra se vierte sobre la tira primero, permitiendo que las vesículas se asienten y se adhieran a la tira por su cuenta. Solo después de que están aseguradas en su lugar, se añaden los anticuerpos de detección.

Este cambio de procedimiento resolvió un problema físico importante. Cuando la muestra y los anticuerpos de detección se mezclan de antemano, los anticuerpos pueden amontonarse alrededor de la vesícula y cubrir precisamente los puntos que deben encontrar. Es como intentar pegar una etiqueta en una pelota que ya está cubierta de otras etiquetas; la nueva etiqueta no puede encontrar un lugar despejado para adherirse. Al dejar que las vesículas se adhieran a la tira primero, los investigadores aseguraron que estuvieran expuestas y listas. Cuando se añadieron los anticuerpos de detección más tarde, estos pudieron unirse de forma libre y fuerte. Este simple cambio en el orden de las operaciones resultó en una señal significativamente más fuerte, demostrando que el orden de las operaciones importa profundamente cuando se trata de objetos de este tamaño.

Para hacer la prueba aún más sensible, el equipo reemplazó las partículas de oro estándar que usualmente crean una línea roja visible por un sistema que produce luz. En la versión estándar, las partículas de oro se agrupan para formar una línea de color que el ojo humano puede ver. Aunque esto funciona para cantidades mayores del objetivo, tiene dificultades cuando la cantidad es muy pequeña. Los investigadores, en su lugar, utilizaron anticuerpos vinculados a enzimas que desencadenan una reacción química, haciendo que la línea de prueba brille en la oscuridad. Esta detección basada en la luz es mucho más poderosa. Permitió al dispositivo detectar tan solo cien mil partículas, un nivel de sensibilidad que es cuarenta a sesenta veces mejor que el método basado en el color. Este umbral es crítico porque coincide con las bajas concentraciones de marcadores de enfermedades que se encuentran en la sangre de pacientes con cáncer en etapa temprana.

El estudio también reveló que diferentes herramientas son mejores para diferentes trabajos. Mientras que el sistema basado en la luz es excelente para encontrar cantidades traza de un objetivo, el método tradicional de partículas de oro ofrece un rango más amplio para medir cantidades grandes. La prueba basada en oro se mantuvo precisa y lineal incluso cuando el número de partículas era muy alto, mientras que el sistema basado en la luz podía saturarse y perder precisión si había demasiadas partículas presentes. Esto significa que la nueva plataforma es versátil: puede configurarse para cazar signos raros de enfermedad con extrema sensibilidad, o para medir niveles altos de marcores en pacientes con condiciones avanzadas.

Al combinar una forma más inteligente de cargar la muestra con una forma más sensible de leer el resultado, los investigadores han creado una herramienta de doble propósito. Es lo suficientemente simple como para ser utilizada fuera de un laboratorio de alta tecnología, sin requerir maquinaria voluminosa, pero lo suficientemente sensible como para cumplir con las demandas de los diagnósticos clínicos. Este trabajo demuestra que, al comprender cuidadosamente las interacciones físicas entre las moléculas y la mecánica de la tira de prueba, los científicos pueden superar las limitaciones de los métodos más antiguos. El resultado es un marco práctico que pronto podría convertir el monitoreo rutinario de estos diminutos mensajeros biológicos en una parte estándar del cuidado médico.