Microtecnologıa en el Laboratorio Clınico: ¿Resolvera´ Problemas

Q&A
Clinical Chemistry 56:4
508–514 (2010)
Peter Wilding1
Microtecnologı́a en el Laboratorio Clı́nico:
¿Resolverá Problemas Analı́ticos? y ¿Cuándo Causará
Impacto?
Las últimas dos décadas han visto una inversión
fenomenal en microtecnologı́a en las ciencias biológicas. Pero a menudo es difı́cil distinguir el impacto que,
si es que existe, esta tecnologı́a diversa ha tenido en el
laboratorio clı́nico. Esta dificultad es, en parte, gracias a
la incorporación prácticamente imperceptible de la
microtecnologı́a en los aparatos de grandes dimensiones utilizados en el laboratorio clı́nico, o la falta de
apreciación de las caracterı́sticas microtecnológicas en
muchos dispositivos más pequeños.
La lista de ventajas de la microtecnologı́a es larga y
variada, pero los crı́ticos también señalan la falla para
alcanzar cambios significativos en la práctica y los costos de laboratorio.
Cinco expertos en el campo de la microtecnologı́a
procedentes del mundo académico y la industria han
respondido a preguntas clave sobre el alcance potencial
de la tecnologı́a y cómo puede afectar el laboratorio
clı́nico. También han proporcionado sus evaluaciones
de cómo los dispositivos de punto de atención (PDA)2
van a cambiar a causa de esta tecnologı́a y qué efecto en
la investigación bien financiada en armas biológicas
pueden tener en la práctica en el laboratorio clı́nico.
¿Cuál es el alcance de la microtecnologı́a y cuáles son
sus ventajas?
Sabeth Verpoorte, como
académico con un grupo
bien establecido de trabajo en este campo,
¿cómo responde a esta
pregunta?
Sabeth Verpoorte3: El
alcance de la microtecnologı́a, con respecto a la
manipulación de fluidos
en la quı́mica clı́nica es
1
Peter Wilding, Professor Emeritus, Department of Pathology and Laboratory
Medicine, University of Pennsylvania Medical Center, Philadelphia, PA.
2
Siglas que no son usuales: POC, punto de atención ROI, retorno de la inversión;
MEMS, sistemas microelectromecánicos; DARPA, Defense Advanced Research
Projects Agency.
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muy amplio y continúa creciendo. Los microcanales
son únicos ya que se caracterizan por grandes tasas de
superficie a volumen y flujos de solución bien definidos
y predecibles. Estos sistemas permiten un control exquisito del transporte de fluidos, y por lo tanto un procesamiento de muestras (bio) quı́micas muy mejorado.
Las ventajas incluyen la disminución de los volúmenes,
una mayor velocidad de análisis, y la integración de
múltiples funciones de manipulación de muestras en
un solo dispositivo para un funcionamiento automatizado. El desarrollo de microfluidos se ha extendido
recientemente al ámbito biológico, ya que esta
tecnologı́a facilita las tecnologı́as in vitro mejoradas
para el cultivo celular y el análisis.
Allen Northrup4: Microtecnologı́a es una palabra
compuesta que abarca
potencialmente un campo
muy amplio. Si se toma
literalmente, es una “tecnologı́a” que consta de piezas, volúmenes y dimensiones fı́sicas de tamaño micro.
En la quı́mica clı́nica, muchos procedimientos utilizan formas de microtecnologı́a para la manipulación y el análisis de
fluidos. En general, se percibe la “microtecnologı́a” como
que incluye grabados de un solo cristal de silicio, vidrio y
componentes micro moldeados u otros micro mecanizados.
Sin embargo, por una variedad de razones económicas y
prácticas, la mayorı́a de los analizadores clı́nicos utilizan
componentes “tradicionales” de tamaño micro (por ejemplo, tubos de extracción de polı́meros), pero el alcance y el
número de sensores y detectores micro mecanizados es
significativo.
También existe un “Mito sobre lo Portátil.” Lo
portátil es estupendo si puede comprometerse a utilizar
las manos para operar el dispositivo, mientras que no se
dedique a hacer las otras 1000 cosas que hay que hacer
con las manos. Seamos realistas, los usuarios van a de-
3
Sabeth Verpoorte, Chair of Analytical Chemistry and Pharmaceutical Analysis, Groningen Research Institute of Pharmacy, University of Groningen, the
Netherlands.
4
M. Allen Northrup, CEO and Chief Technology Officer, MicroFluidic Systems,
Fremont, CA.
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jarlos abandonados en algún lugar. Además, aparte de
los gastos (por supuesto importantes) y un beneficio ocasional en la detección, los volúmenes submicrolı́ticos vs
microlı́ticos presentan más problemas técnicos que las
ventajas que puede traer (efecto de manguera de jardı́n).
Por lo que un dispositivo analı́tico del tamaño de un teléfono celular que realice análisis tradicionales será de por sı́
mucho más difı́cil de producir de forma rentable que uno
del tamaño de un ordenador. En cualquier caso, el retorno potencial de la inversión (RPI) tiene que ser tomado
en cuenta. Sin embargo, se pueden abrir nuevos mercados
debido a su tamaño, junto con las nuevas capacidades
(efecto iPhone). Por lo tanto, hacer un dispositivo
pequeño y portátil, tiene un atractivo, pero no a costa de
precio y rendimiento.
Paul Yager5: La microtecnologı́a hoy en dı́a es
un conjunto de tecnologı́as que utiliza algún tipo
de microfabricación para
crear piezas pequeñas.
Con origen en los semiconductores a base de silicona del mundo, la microfabricación creció en los últimos 20 años para abarcar un
conjunto de tecnologı́as con fines muy diferentes y se
fabrican en diferentes materiales. Uno de los polos del
trabajo son los sistemas micro electromecánicos
(SMEM), que se centran en los dispositivos mecánicos
y electromecánicos, los cuales tienen menores prestaciones que los que pueden ser fabricados por los métodos de mecanizado convencional. El otro polo es la
microfluı́dica, que permite el movimiento y el control
de pequeños volúmenes de fluidos, en ocasiones en los
sistemas integrados. La principal ventaja que engloba
todas estas tecnologı́as está en función de tamaños
pequeños y trabajar con volúmenes pequeños. La fı́sica
a estas pequeñas escalas a menudo permite un funcionamiento basado en principios que son menos importantes a escalas de gran tamaño, ası́ que hay algunas
caracterı́sticas únicas de los dispositivos micro. Por
ejemplo, en el caso de la microfluı́dica, se pueden crear
nuevos dispositivos basados en el transporte por difusión que no tiene equivalente en la escala macro. El
único gran éxito ha sido hasta ahora el acelerómetro,
que actualmente se encuentra en todas partes, desde los
coches hasta los iPhone. Allı́, las ventajas sobre todas las
tecnologı́as rivales eran extremas, y las ventajas de la
adición de las capacidades de los acelerómetros de a
bordo fueron muy bien explotadas. Esto aún no se ha
visto en la microfluı́dica.
Stephen Quake6: Creo
que la microtecnologı́a
ofrece algunas ventajas
importantes. En primer
lugar, la capacidad de integrar muchos pasos o
muchos ensayos en un
solo dispositivo permite
un grado extraordinario
de automatización. Al igual que los primeros circuitos
integrados que reemplazaron habitaciones llenas de
válvulas de vacı́o, también lo es la automatización biológica al ser transformada por la microtecnologı́a. En
segundo lugar, la microtecnologı́a ofrece la posibilidad
única de beneficiarse de la fı́sica y la quı́mica que sólo
está disponible a escala de nanolitros, lo que se ha demostrado de innumerables formas en la literatura académica, y ha dado lugar a productos comerciales para
la cristalización de proteı́nas y el análisis de ADN.
James Landers7: El ámbito de aplicación de la
microtecnologı́a es tan
amplio como cualquiera
de las subdisciplinas de la
quı́mica, la fı́sica y de la
ingenierı́a que participan
en su desarrollo. Se
puede aplicar a cualquier
sector donde exista una
discreta ventaja al reducir
la escala de tamaño y
peso al tiempo de mejorar algunos aspectos del rendimiento en un formato más automatizado. Esto no es
unidimensional, y puede incluir cualquier número de
parámetros, desde la velocidad de reacción, la transferencia de masa, y la potencia de separación, hasta la
detectabilidad del analito, la masa de la muestra requerida, el volumen de reactivos necesario, o la masa
del producto deseado. Con la capacidad de unir perfectamente tanto la muestra de preparación y el análisis
de los procesos en un único dispositivo fluı́dico integrado, los beneficios deben incluir la necesidad de una
menor cantidad de muestra, menos reactivos (por lo
tanto, menor costo), la automatización, menor
tamaño, la posible portabilidad y la posibilidad de
5
Paul Yager, The Hunter and Dorothy Simpson Endowed Chair of the Department
of Bioengineering, University of Washington, Seattle, WA.
6
Stephen Quake, Lee Otterson Professor of Bioengineering and Applied Physics,
7
Stanford University, Stanford, CA.
James Landers, Professor of Chemistry, Professor of Mechanical Engineering
and Associate Professor of Pathology, University of Virginia, Charlottesville, VA.
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prueba POC. Una de las ventajas del siglo de los dispositivos de microfluidos capaces de hacer un muestreo en respuesta a, es que se trata de un “sistema cerrado”. Esto es ideal para los análisis clı́nicos en los que
el técnico tiene que ser aislado de la muestra potencialmente peligrosa (por ejemplo, el VIH), pero también es
una necesidad en el análisis forense de ADN donde la
muestra debe ser aislada del analista para evitar la contaminación. Estas son las ventajas caracterı́sticas que
llevan a la aplicación no sólo en medicina forense y de
diagnóstico, sino también de pronóstico, seguridad alimentaria, seguridad nacional, análisis ambiental y la
biotecnologı́a agrı́cola.
Una de las expectativas tácitas con las tecnologı́as
microfluı́dicas, es que “el costo de análisis” va a disminuir. Esta es una expectativa razonable, sobre todo
porque la integración fluı́dica y la automatización significan menos trabajo técnico, y el tiempo del técnico
es dinero. Sin embargo, también supone un costo razonable para el usuario del dispositivo de microfluidos.
A medida que el esfuerzo de desarrollo de los sistemas
de microfluidos se ha incrementado, hemos sido testigos de dos enfoques ortogonales: simple, consciente de
los costos de diseño/fabricación vs el desarrollo de dispositivos micro, complejos, poderosos y elegantes que
aprovechan al máximo las herramientas industriales de
la microelectrónica. La historia ha demostrado que la
noción de “complejidad primero, y luego reducir el
costo” es arriesgada y rara vez ofrece un camino viable.
De hecho, las escuelas de ingenierı́a enseñan expresamente lo contrario, al igual que las mejores escuelas de
negocios en el paı́s. Será interesante ver cómo se desarrolla esto.
¿Qué problemas analı́ticos puede resolver la
microtecnologı́a?
Paul Yager, usted y su equipo han sido prolı́ficos en la
publicación de artı́culos que muestran las nuevas estructuras y plataformas de microfluidos. ¿Cuáles son
los actuales problemas que resolverá esta tecnologı́a?
Paul Yager: Los dispositivos microfluı́dicos son, por
definición, particularmente buenos en la operación
con volúmenes muy pequeños de lı́quidos. Como tales,
son muy adecuados para el análisis de muestras pequeñas, y en el control de pequeños volúmenes de reactivos. Esto es particularmente ventajoso para la condensación de muchos elementos de procesamiento
paralelo en un pequeño volumen para permitir procesos quı́micos paralelos o procesos bioquı́micos como el
análisis de ADN de alto rendimiento o la detección de
drogas. Es ventajoso para la instrumentación de POC,
siempre y cuando el costo de los materiales desechables
pueda mantenerse bajo. La robustez inherente conferida por la reducción de la masa inerte de los micro510 Clinical Chemistry 56:4 (2010)
dispositivos permite que los instrumentos fabricados
sobrevivan e incluso funcionen en condiciones ambientales que destruirı́an a la macroinstrumentación
convencional. Esto es particularmente cierto si los materiales de fabricación no son ni grandes ni frágiles.
Además, una caracterı́stica importante de los microdispositivos ha sido conferida por su capacidad para
eliminar rápidamente el calor de las soluciones de reacción, permitiendo ası́ que los dispositivos soporten
con seguridad reacciones quı́micas tan exotérmicas
que podrı́an causar explosiones en sistemas más
grandes.
Sabeth Verpoorte: Los pequeños volúmenes disponibles en las redes de microcanales significan un mejor rendimiento para muchos enfoques analı́ticos establecidos. Un ejemplo ya clásico de esto es la
electroforesis de microchip, en la cual la tecnologı́a del
chip ha permitido la reducción de los tiempos de separación de minutos a segundos y hasta milésimas de segundo. El sistema periférico necesario para ejecutar la
separación en el chip también puede beneficiarse de la
microtecnologı́a, con el desarrollo de instrumentos
portátiles como consecuencia de ello. Una consecuencia interesante de esto es la aplicación de la electroforesis de microchip a los nuevos problemas, como el análisis POC de Li⫹ en la sangre (www.medimate.nl).
Otros problemas analı́ticos que la microtecnologı́a
ayudará a resolver son los que requieren de análisis de
alta sensibilidad, tales como la detección de las
proteı́nas de baja abundancia en el descubrimiento de
biomarcadores. La integración de todos los pasos de
procesamiento de muestras en un solo dispositivo significa que no hay pérdida de analito debida a la transferencia entre contenedores.
Allen Northrup: El problema que se resolverá con
mayor probabilidad estará asociado con la detección de
la muestra, ya que el volumen analı́tico se beneficia por
ser más pequeño. No va a resolver el macro, el mundo
real para los desafı́os de interfase de microvolumen. Si
el bajo costo y el rendimiento se mantienen o mejoran,
entonces ofrece la solución para la distribución posterior de los sistemas analı́ticos, consultorios médicos,
clı́nicas locales, casas. Esto, a su vez, abre nuevas oportunidades para la medicina personalizada y para los
análisis de campo, lo que potencialmente aumenta los
beneficios del diagnóstico y la terapéutica.
Stephen Quake, usted ha tenido éxito en la transferencia de tecnologı́a desde un entorno académico a
una empresa de biotecnologı́a. ¿Cuáles son algunos
de los ejemplos de este éxito?
Stephen Quake: Veo muchos de estos mediante la investigación de los clientes de Fluidigm, una compañı́a
Q&A
de la cual soy cofundador (divulgación completa: tengo
un interés financiero). En la actualidad existe una serie
de artı́culos en Science, Nature, Cell, y algunas otras
revistas que describen las estructuras de las proteı́nas
en las que esta tecnologı́a microfluı́dica jugó un papel
clave en el descubrimiento de cristales. También existe
una literatura creciente en torno al uso de las matrices de
PCR de nuestra compañı́a para el uso del análisis de una
sola célula, en áreas que van desde el cáncer a la biologı́a
del desarrollo hasta la microbiologı́a ambiental.
James Landers: A excepción de los analizadores de la
quı́mica clı́nica, muchos de los procesos analı́ticos en
los laboratorios de quı́mica clı́nica consumen mucho
tiempo y son laboriosos. El análisis de proteı́nas en suero todavı́a implica a la electroforesis en gel de agarosa
y el inmunotipeo a base de gel para gammapatı́as. Para
diagnósticos moleculares, la naturaleza ortogonal de la
extracción de ADN, la amplificación por PCR, y el tamizado basado en el tamaño del fragmento de ADN para
la separación y detección, crea desafı́os significativos
para integrar perfectamente estos procesos en una
única plataforma. Aunque los sistemas de robótica han
evolucionado para la dosificación eficiente y modularización de alto rendimiento de procesos a mayor escala, tanto en laboratorios clı́nicos como en forenses,
un sistema cerrado, microfluı́dico (no macrofluı́dico),
muestra en respuesta a una solución que nos ha eludido. Con la mayorı́a de los aspectos fundamentales de
los procesos analı́ticos individuales elaborados a microescala, están empezando a surgir los sistemas de los
microfluidos integrados, para los iones, metabolitos,
agentes infecciosos, y la identificación humana, y estos
empiezan a ofrecer lo que los microfluidos prometieron hace casi dos décadas. Las ventajas de estos sistemas son evidentes. Los volúmenes a microescala deben requerir menos cantidad de muestra y de reactivos
y esto, a su vez, reduce el costo de la prueba. Esto
supone un sistema microanalı́tico rentable que es de un
solo uso y desechable. Mientras uno pueda imaginarse
el impacto positivo, la prueba más rentable la tendrı́a
en la salud nacional, es cuestionable si esto se
conseguirı́a en un sistema impulsado por HMO. La
instrumentación ingeniosamente diseñada para impulsar a los sistemas miniaturizados analı́ticos darı́a lugar a más instrumentos portátiles que, al ser reducidos
aún más, podrı́an convertirse en instrumentos de
mano y portátiles de campo para casi cualquier aplicación. La reducción del tamaño y la portabilidad presagian pruebas POC en entornos clı́nicos y abren la
discusión sobre las pruebas en los consultorios médicos
o la sala de urgencias en lugar de los laboratorios
centrales.
¿Por qué ha sido tan lenta la comercialización de la
microtecnologı́a?
Sabeth Verpoorte: Existe una serie de factores que ha
sido el motivo, algunos de ellos son puramente externos. Por ejemplo, la desaceleración del mercado de valores a principios de la década de los 2000, que condujo
a la explosión de la burbuja de la tecnologı́a y perjudicó
a las empresas de microfluidos en ese momento. Otro
factor que puede haber desempeñado un papel es el de
esperar y ver, actitud que muchas grandes empresas en
el sector analı́tico, pero también en los sectores farmacéutico y de diagnóstico, han adoptado. Éxitos comerciales como el Agilent Bioanalyzer 2100 (análisis de
proteı́nas ADN/ARN/) han dependido por lo general
de una empresa con una fuerte conjunción entre un
proveedor de aplicaciones de chip y un usuario final
grande con un mercado establecido de clientes. La participación del usuario final desde las primeras etapas de
un desarrollo de aplicaciones quizá no sea una garantı́a
absoluta de éxito, pero sin duda puede ayudar a evitar
los problemas que las empresas más pequeñas pueden
tener en la comprensión de las necesidades potenciales
de los clientes.
Allen Northrup: Para que la microtecnologı́a se convierta en un éxito comercial en cualquier aplicación,
debe mostrar mejoras significativas (de rendimiento o
costo) en comparación con la tecnologı́a en uso y la
complejidad de su fabricación. Si la microtecnologı́a es
simplemente el resultado de la reducción de los componentes, entonces se podrı́a decir que ya es muy viable
comercialmente, pero como un objetivo a conseguir,
no tendrá éxito a menos que solucione una necesidad
crı́tica y sea rentable. Existen muchos componentes
fabricados a base de microtecnologı́a bajo la forma de
sensores. Para los dispositivos fluı́dicos comercialmente viables derivados de la microtecnologı́a, dependerá de los parámetros de costo/rendimiento.
Paul Yager: Hasta ahora nadie ha encontrado una serie
de dispositivos que sea de importancia crı́tica para
grandes grupos de clientes que deben realizarse utilizando dispositivos o sistemas de microfluidos. En investigación, la profundización de la placa de 96 pozos
ha provocado una enorme inversión en esa plataforma,
y eso es difı́cil de descartar. En diagnóstico, la
tecnologı́a de flujo lateral de bajo costo está avanzando
rápidamente, y se encuentra arraigada en su totalidad.
Además, la falta de normas comunes y de intercambio,
y un gran número de peleas de patentes, no han ayudado a las cosas. La mayor decepción fue sin duda el
hecho de que, aunque los investigadores mostraron
microdispositivos muy inteligentes, requirieron casi
siempre de sistemas de apoyo amplios y muy “macro”
de tubos, bombas, y suministros de energı́a. Hay proClinical Chemistry 56:4 (2010) 511
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gresos hoy en dı́a, y muchos subsistemas microfluı́dicos
están encontrando su camino hacia los sistemas comerciales y precomerciales. Uno puede argumentar que
todas las nuevas tecnologı́as pasan por un ciclo de auge
y caı́da, y el de las microtecnologı́as está a punto de
golpear la fase de rebote. Cuando gran parte del trabajo
de investigación de laboratorio se realiza mediante dispositivos y sistemas de microfluidos, llegarán las aplicaciones comerciales.
Stephen Quake: No creo que haya sido ası́ de lento, ¡la
gente es muy impaciente! Han sido dos décadas de un
sólido desarrollo comercial y ahora uno puede ver una
serie de productos inteligentes en el mercado, muchos
de los cuales se están vendiendo bien. Recuerden que la
idea de una PDA se introdujo en un episodio de Star
Trek en 1966, y tomó unas buenas cuatro décadas para
que podamos conseguir Blackberries e iPhone para uso
generalizado.
James Landers: Si asumimos que los inicios de la década de 1990 dieron lugar al campo de la microfluı́dica,
este campo se está acercando al final de su segunda
década. La base para el “lento” desarrollo y la comercialización de esta tecnologı́a tiene muchas facetas,
pero el exceso de propaganda, la capitalización riesgosa
inadecuada, y el enfoque tardı́o en la integración de
sistemas, son todos probables contribuyentes. Este último punto es muy interesante a la luz del hecho de que
los primeros trabajos del grupo Widmer en CIBA en
Basilea en 1990 acuñaron el término “sistema de análisis quı́mico total”, donde “análisis quı́mico total” infiere inmediatamente la integración de sistemas. Las ventajas de la velocidad de análisis para llevar a cabo
separaciones en formato microfluı́dico son evidentes, y
si bien la década de 1990 vio a la separación analı́tica y
detección (principalmente de ADN o proteı́nas) avanzar enormemente durante este tiempo, se hizo evidente
que acelerar la separación sólo trajo una mejora gradual al proceso global de análisis de aplicaciones del
mundo real. La preparación de la muestra fue el cuello de
botella, nos tardamos en ocupar el verdadero poder de los
sistemas microfluı́dicos mediante la integración de todas
las funcionalidades en un único dispositivo. Los esfuerzos
para microminiaturizar los procesos de preparación de la
muestra se incrementaron y se observaron intentos incipientes para integrar varios procesos. Sin embargo, no
fue sino hasta los inicios de la década de 2000 que el control del flujo microfluı́dico fue abordado como un problema de “ingenierı́a” del corazón y los estudios de válvulas permitieron a la comunidad comenzar a responder
con un esfuerzo fidedigno en la creación de “sistemas integrados”. No está claro si se trataba de inmiscibilidad en
la interfase de la quı́mica analı́tica e ingenierı́a de sistemas,
o la falta de claridad que los problemas de integración
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estaban arraigados realmente en la interfase de macro a
micro y en el control de flujo. De cualquier manera, los
retrasos para abordar los sistemas microfluı́dicos como
“sistemas de análisis total”, como Widmer y sus colegas lo
previeron hace casi 20 años, probablemente han demorado el progreso en este campo. En cuanto a aquellos en
las trincheras de la aplicación, tengo la sensación de que
deben ver la solución total integrada de los microfluidos
como que la pueden integrar a (o sustituir) su flujo de
trabajo-no existe esto, el entusiasmo será pobre en el mejor de los casos.
Dentro de una corriente de pensamiento totalmente ortogonal, uno podrı́a preguntar, “¿Realmente
ha sido lento?” Y, “Si es ası́, ¿En relación con qué?” La
industria de la microelectrónica evolucionó a través
de tres décadas de mano de obra intensiva -y
financiamiento- para llegar a una tecnologı́a completamente madura que ha revolucionado casi todos los aspectos de la vida tal como la conocemos hoy en dı́a.
Cronológicamente, la microfluı́dica está sólo a mitad de
ese curso de tiempo y sigue evolucionando. Uno podrı́a
argumentar que los avances que vimos con las válvulas en
el año 2002 fueron la pieza clave para la creación de verdaderos sistemas fluı́dicos integrados, y en ese sentido,
“apenas hemos iniciado.” Además, la microelectrónica
vio miles de millones de dólares invertidos en ella o en las
tecnologı́as de soporte entre 1980 y 1995, si la
microfluı́dica hubiese visto una minúscula fracción de
esto, “lento” ya no serı́a parte del léxico, y ya habrı́amos
presenciado el desarrollo de unos cuantos sistemas integrados clave (aplicaciones asesinas), que habrı́an abierto
las puertas a un desarrollo más amplio, al ilustrar a los
usuarios finales que tales microsistemas poseen claras
ventajas.
¿Serán las aplicaciones de la microtecnologı́a en la
detección de armas biológicas el estı́mulo para las
aplicaciones clı́nicas?
Allen Northrup, usted jugó un papel precursor en el
desarrollo de la microtecnologı́a y de sistemas comerciales y gubernamentales en el campo de la detección de
armas biológicas y el diagnóstico clı́nico. ¿Cómo ve esta
pregunta?
Allen Northrup: En general, las aplicaciones para armas biológicas son menos sensibles a los temas del
costo, esto permite que se investigue a nuevas aplicaciones únicas. Esto podrı́a ser un estı́mulo para las aplicaciones clı́nicas, si: la tecnologı́a resuelve de manera
significativa un problema analı́tico, es extensible para
una solución clı́nica, y no incrementa el costo del análisis. Las aplicaciones clı́nicas se encuentran bajo más
presión de costos (por cuestiones de magnitud) que las
aplicaciones para armas biológicas. Normalmente, una
de las primeras cosas que un investigador preguntará
Q&A
en relación con la viabilidad de una tecnologı́a es cómo
va a competir con los productos actuales en términos
de costo. También tendrán que considerarse los reembolsos de los seguros vs utilidad clı́nica vs costo.
Sabeth Verpoorte: En parte, claro. Sin duda, la detección de patógenos con el chip-PCR y otras aplicaciones
similares han disfrutado de un importante financiamiento por parte de los organismos de defensa de los
EE.UU., y existen algunos ejemplos maravillosos de instrumentación (portátil) que han surgido de estos esfuerzos. Sin embargo, hay un creciente número de grupos
en todo el mundo que están considerando la combinación de técnicas de la microtecnologı́a y de biologı́a
molecular para el estudio de los mecanismos de las enfermedades y otros problemas de salud. Esta investigación, que generalmente no es financiada por el ejército, dará lugar a nuevas aplicaciones diagnósticas y
terapéuticas de la microtecnologı́a.
Paul Yager: Hace quince años, muchos de nosotros
pensamos que este serı́a el factor para la comercialización generalizada de esta tecnologı́a. Pero ha demostrado que este no es el caso, en gran parte debido a
que la robótica de laboratorio apenas se estaba convirtiendo en una tecnologı́a madura y arraigada en ese
momento. Hoy en dı́a el miedo a las armas biológicas
ha disminuido, y existe menos financiamiento en esta
área. Cuando el Departamento de Defensa considere
que ha llegado a depender de la microfluı́dica, entonces
el futuro de la tecnologı́a estará asegurado, pero eso no
ha sucedido todavı́a.
James Landers: Si la historia tiene alguna influencia,
muy posible, las aplicaciones de la seguridad nacional
son los impulsores más poderosos del desarrollo tecnológico. Es importante darse cuenta que el
nacimiento de la microelectrónica se debió principalmente a la carrera espacial (NASA) y a las necesidades
militares/civiles. Fue durante la Segunda Guerra Mundial que la necesidad de reducir el tamaño, peso y potencia de los sistemas electrónicos militares se hizo evidente. Con sistemas electrónicos militares más
complejos, el aumento de tamaño y masa eventualmente se convirtió en poco práctico, sobre todo en los
aviones, y esto impulsó el desarrollo (y obligó al financiamiento) de circuitos electrónicos más pequeños, livianos y más eficientes. Otro factor por encima de este
fue la necesidad de la NASA de tener circuitos más
pequeños, ligeros y más potentes para la nave limitada
al espacio que se estaban desarrollando. Las ciencias de
la computación y la ingenierı́a informática se formaron
por el financiamiento militar de las primeras etapas de
la computación digital, donde la mayorı́a de las
tecnologı́as básicas para la computación digital se de-
sarrollaron a través de un programa centrado en el desarrollo de un escudo de radar automatizado. Cosechamos los beneficios de esta investigación y desarrollo
actualmente en nuestra vida cotidiana, con el acceso a
la comunicación instantánea, los sistemas GPS que
guı́an la navegación con precisión milimétrica, y bibliotecas musicales personales completas en nuestras
manos. Otros dos factores relacionados al tema de la
cuestión de la “clı́nica vs la detección de armas biológicas” son los obstáculos para la aceptación y el financiamiento. Mientras que las aplicaciones clı́nicas parecı́an
ser las primeras en cosechar los beneficios de la
microtecnologı́a, la aprobación de la FDA 510 (k) y
otras barreras para la aprobación pueden entorpecerla.
Por el contrario, la detección de las armas biológicas es
más estrecha en alcance y se ha centrado en la aplicación y en parámetros inequı́vocos (menos estrictos)
para su aprobación. Con el financiamiento, los inversionistas pueden haberse mostrado renuentes para sentarse a la mesa con la aplicación clı́nica de las
tecnologı́as de microfluidos, en parte porque este sector está muy regulado, dominado por unos pocos gigantes, y representa un mercado de la salud que está
conciente de los costos. Por otro lado, la detección de
las armas biológicas vio entrar en juego una inversión
de capital seria con el acontecimiento del 9/11.
Stephen Quake: Creo que el financiamiento de la investigación básica por parte de agencias como la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha
sido un enorme estı́mulo para el desarrollo de aplicaciones clı́nicas, aunque la conexión es más tenue en el
sector comercial.
¿Podrá la microtecnologı́a conducir a una expansión
de los puntos de atención y una reducción de las
pruebas con base en el laboratorio central?
James Landers, su investigación y participación académica abarcan la ingenierı́a y la patologı́a. ¿Qué perspectiva tiene usted sobre este tema?
James Landers: Los beneficios potenciales de la “descentralización de los laboratorios centrales de referencia” han sido objeto de debate durante algún tiempo. Si
existe o no evidencia de que esto está ocurriendo, no
está claro. No es difı́cil ver cómo una nueva tecnologı́a
de seguridad para diagnóstico clı́nico podrı́a inducir
algún cambio desde los laboratorios centrales a los
laboratorios de ensayo más pequeños (o incluso a las
consultorios de los médicos), ya que el beneficio directo
serı́a reducir el tiempo de respuesta. Sin embargo, una
serie de variables están involucradas en la predicción de
hasta qué punto esto iba a suceder en el corto plazo, donde
el usuario final es el médico. El movimiento en esta dirección depende en gran medida de la voluntad de los médiClinical Chemistry 56:4 (2010) 513
Q&A
cos para adoptar una nueva tecnologı́a que probablemente dará el mismo resultado, pero con mayor rapidez y,
tal vez, de una manera más rica en información. Existe
una clara “barrera energética de activación” para aceptar
los mismos datos en un formato diferente, el hecho de que
los resultados de la electroforesis capilar de proteı́nas de
suero (una huella parecida a HPLC) tuvieron que volver a
ser convertidos en una representación de un gel de agarosa teñido es una prueba de que el cambio es difı́cil. Cuando los médicos ven los beneficios de la nueva tecnologı́a
de microfluidos, y piden que esté disponible, habrá un
pequeño obstáculo para su aprobación en los laboratorios
centrales o descentralizados. En términos de tecnologı́a
microfluı́dica, encontrar un lugar en los consultorios
médicos, el jurado aún está deliberando, por tantos argumentos que existen a favor y en contra de esta. La discusión se vuelve aún más interesante cuando el usuario
final ya no es el médico, sino el paciente.
En un giro interesante, el sector forense puede ser
de los precursores en este frente. Existe un interés bien
definido en no hacer el análisis de ADN exclusivamente
en los laboratorios forenses y hacerlo en la escena del
crimen o en la estación de reserva. Mientras que esto
sólo podrı́a hacerse con un control de calidad muy
riguroso y está plagado de problemas prácticos/de
polı́tica, uno no puede sino preguntarse si esto anticipa
las tendencias en el diagnóstico clı́nico. El giro serı́a que
el sector de diagnóstico clı́nico va a seguir un sendero
forjado por la ciencia forense.
Allen Northrup: Para que la atención médica se extienda
en el formato personalizado (es decir, en casa o en el consultorio del médico) debe ser pequeña, rápida, sencilla, a
toda prueba, y capaz de encajar dentro de las limitaciones
económicas impuestas por los proveedores de seguros. Si
esto se puede conseguir podrı́a permitir más pruebas y
terapias orientadas a la farmacogenómica, lo que puede
mejorar tratamientos y resultados. Si la microtecnologı́a
contribuye a este fin, entonces podrı́a ayudar a expandir el
cuidado médico al ambiente local, ya sea en el hogar o en
el consultorio médico.
Sabeth Verpoorte: Ya se está haciendo. Basta con contemplar el analizador clı́nico portátil i-STAT, el cual ha
hecho incursiones en el área de POC en muchos hospitales de todo el mundo. Otros desarrollos en áreas
como el monitoreo de glucosa (el trabajo se lleva a cabo
en mi laboratorio y en otros) y la electroforesis por
microchip para análisis de Li⫹ en sangre (mencionado
anteriormente) están emergiendo en un número creciente en los últimos años, y tendrán un impacto en el
mercado de POC. Si la microtecnologı́a puede prometer reducir los costos por prueba, esta tendencia está
514 Clinical Chemistry 56:4 (2010)
asegurada. Un área en la que la microtecnologı́a ha
atraı́do especial atención últimamente es el diagnóstico
POC para el Tercer Mundo. En este caso, la cuestión no
es una reducción en las pruebas de laboratorio central,
sino simplemente proporcionar las pruebas diagnósticas básicas para los pacientes que no han tenido este
privilegio de ninguna forma.
Stephen Quake: Es difı́cil de decir, puedo argumentar en
ambos sentidos y tal vez podamos ver a los dos. En otras
palabras, tal vez las pruebas POC se ampliarán en algunas
áreas, pero con todas las nuevas pruebas de medición que
se han desarrollado, no tiene que ser necesariamente a
expensas de las pruebas de laboratorio central.
Existe un una buena economı́a de escala para los
laboratorios centrales y sospecho que al ser más complicados los ensayos que son puestos en práctica,
seguirá habiendo un mercado creciente para los laboratorios centrales.
Paul Yager: Sı́, por supuesto, aunque podrı́an no ser los
dispositivos microfluı́dicos de primera generación los
que ganen la carrera. Por ejemplo, el papel es un material de análisis maravilloso, y el “bombeo” por capilaridad tiene la capacidad para evitar muchos de los equipos de apoyo necesarios para impulsar los lı́quidos a
través de la tuberı́a.
Contribuciones de los autores: Todos los autores confirmaron que
contribuyeron al contenido intelectual de este documento y alcanzaron
los siguientes requerimientos: a) contribuciones significativas en la concepción y diseño, adquisición de datos o el análisis e interpretación de los
datos; b) elaboración y revisión del contenido intelectual del artı́culo y c)
aprobación final del artı́culo publicado.
Declaración de potenciales conflictos de interés de los autores: al
presentar el manuscrito, todos los autores llenaron la forma de Declaración de potenciales conflictos de interés. Potenciales conflictos de
interés:
Empleo o liderazgo: J.P. Landers, MicroLab Diagnostics.
Función de consultor o asesor: Ninguno declarado.
Propiedad del archivo: J.P. Landers, MicroLab Diagnostics; P.
Yager, Micronics, Inc. (solamente opciones de archivo).
Honoraria: Ninguno declarado.
Fondo de investigación: J.P. Landers, National Science Foundation,
NIH; P. Yager, the Bill and Melinda Gates Foundation, NIH.
Testimonio de los expertos: Ninguno declarado.
Otras remuneraciones: J.P. Landers, Society of Analytical Chemists
of Pittsburgh.
Papel del promotor: The funding organizations played no role in the
design of study, choice of enrolled patients, review and interpretation
of data, or preparation or approval of manuscript.
Previously published online at DOI: 0.1373/clinchem.2009.138719