LOC para aplicaciones diagnósticas POC · Las actividades de Diagnóstico “InVitro”(DIV) se...

28 Febrero 2011

1Lab-On-a-Chip para aplicaciones diagnósticas POCIV Conferencia Anual de las Plataformas Tecnológicas de Investigación Biomédica - MADRID

Lab-On-a-Chip

para aplicaciones

diagnósticas “POC”(Capacidades de IKERLAN-IK4)Octubre 2010

IV Conferencia Anual de las Plataformas

Tecnológicas de Investigación Biomédica

Madrid, 28 de febrero de 2011

Dr. Raúl REYERO ([email protected])

28 Febrero 2011


ÍNDICE

1

2

3

4

CONTEXTO DEL POC / POCT

TECNOLOGÍAS MICROFLUÍDICAS PARA EL DIV POC

SISTEMA DE DIV POC - LOC

IKERLAN MICROSISTEMAS5

SECUENCIA EN UN SISTEMA DE DIV POC

6 IKERLAN MONDRAGÓN

INFORMACIÓN Y CONTACTO7

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Las actividades de Diagnóstico “In Vitro” (DIV) se realizanfundamentalmente en tres ámbitos:

- Laboratorios centralizados (ej. Hasta 50.000 testdiarios y 500 parámetros)

- Laboratorios distribuidos (ej. Regionales, locales,hospitalarios, etc.)

- Sistemas DIV próximos al paciente (ej. POC, OTC, etc.)

1. CONTEXTO Diagnóstico In Vitro

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Definición: POC / POCT (Point Of Care / Point Of Care Testing)

Análisis biológico de orina, sangre u otros fluidos corporales accesiblespor procedimientos sencillos y realizado en la proximidad del pacientebajo la responsabilidad de facultativos y profesionales.

Definición: OTC (Over The Counter)

Análisis biológico de venta libre y disponible sin prescripción médica.

1. CONTEXTO

Aplicaciones de los POC / POCT- Test de embarazo- Marcadores cardíacos- Coagulación- Cáncer colorectal- Monitorización de glucosa- Gases y electrolitos- Etc.

POC /POCT

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1. CONTEXTO POC /POCT distribuido

Ubicación de los sistemas POC

Los sistemas POC acercan la analítica alpaciente allá donde éste los necesite:

- Unidades de emergencia, UVIs,localizaciones remotas, hospital, etc.

Los sistema POC se integran en la estructuradel proceso asistencial a través de los LIS.

Los sistemas POC responden a los futurosrequisitos de la medicina personalizada y lamedicina distribuida

http://biomedme.com/wp-content/uploads/2009/11/mac-600-india.jpg

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1. CONTEXTO

La solución viene de la mano de lossistemas POC con capacidad

cuantitativa.

Estos modernos sistemas de DIVPOC hacen uso de las tecnologías:

- Microelectrónica

- Microfluídica

- Biosensores

- Marcadores

- Etc

Sistema de DIV cuantitativoSistema de DIV cualitativo POC

Hay una gran brecha entre los

precisos sistemas de análisis

clínicos y los dispositivos

portátiles y rápidos

Sistemas de DIV POC cuantitativos

El DIV y los sistemas POC

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El requisito clave de las empresas deDIAGNÓSTICO

Realizar diagnósticos mejores, másrápidos con menores volúmenes demuestra, pero altamente reprodu-cibles, sensibles y fiables.

1. CONTEXTO

Los MICROSISTEMAS pueden aportarsoluciones a todos los requisitos

Integrando todas las funciones de lossistemas de análisis cuantitativo de unlaboratorio en un componente :

Lab-On-a-Chip ó “LOC”

El DIV, los sistemas POC y los LOC

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2. TECNOLOGÍAS MICROFLUIDICAS PARA EL DIV POC

Tipo de Test

Análisis químico e Inmunoensayo

Pruebas ADN / ARN

Citometría

Preparación de

la muestra

Reactivos químicos y marcadores

Análisis químico e Inmunoensayo

Sin preparación

Detección

Electroquímica

Electroquímica

Óptica

Óptica

Otros

Óptica

Magnética y biosensores electroquímicos

Preparación de la mues-tra sin amplificación

Tecnologías Microfluídicas para sistemas de DIV POC

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3. SECUENCIA EN UN SISTEMA DE DIV POC

Preparación de la

muestra:

- Mezcla de reactivos

-Purificación yfiltración

-Concentración- Lisis

Inserción de la muestra:

- Interface Micro-Macro

- Conectores- Etc.

Recogida de la Muestra:

- Sólidos- Torunda- Solución acuosa- Sangre- Etc.

Amplificación:

- PCR- qPCR- RPA- Etc.

Detección:

-Óptica- Fluorescencia- Electroquímica- Etc.

Descripción de los pasos para realizar un análisis POC completo.

Los pasos pueden reducirse en función de la aplicación o la tecnologíautilizada.

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IKERLAN es un Centro de Investigación Tecnológico que hadesarrollado, entre otras, una plataforma para aplicaciones deDiagnóstico In Vitro basada en un micro-sistema (Lab-On-a-Chip)integrado y flexible basado en la tecnología PCR.

4. SISTEMA DE DIV POC - LOC

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4. SISTEMA DE DIV POC - LOC

La técnica de PCR permite el diagnóstico mediante ladetección de secuencias genéticas

La aplicación se hace hoy en día en el laboratorio porpersonal especializado

La MICRO-PCR es el resultado de la combinación dedesarrollos microfluídicos, nanobiotecnología y biologíamolecular

La aplicación se puede hacer en “campo” por personalespecializado o no especializado, dependiendo de laaplicación a la que vaya dirigida

Micro PCR

PCR

Micro PCR

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4. SISTEMA DE DIV POC – LOC

Preparación de la MuestraPurificación , Concentración, Lisis, etc.

Captura de la DianaReconocimiento de Biomoléculas con alta afinidad y especificidad

Generación de señal y amplificación

Detección de la señal

Procesado de los datosInterpretación / Aplicación

Pro

cesos d

e d

iagnóstico inte

gra

dos

Mic

ro P

CR

D

esp

ué

s d

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SISTEMA INTEGRADO de DIAGNÓSTICO MOLECULAR

Proceso integrado de la Micro PCR

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Diseño de un micro-sistema dediagnóstico “Lab on a Chip”

Concentración y aislamiento

Identificación de secuencias especificasde oligonucleótidos (ADN-ARN)

Técnica de PCR en tiempo real

El proceso en una única cámara

Menor cantidad de muestra

Simplificación de la preparativade la muestra.

Menor cantidad de reactivos

Reducción del tiempo total delanálisis (e.j. 24min vs 48 hr)

Características y ventajas

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Chip de polímero desechable de bajo costo

Preparación de la muestra

Dos opciones de lisis

Concentración de la muestra en el chip

Cámara PCR de 2.6 µL PCR que integra el sistema de calentamiento y sensor de temperatura

Detección óptica a través de un sistema de lectura externo


Reaction

chamber

Inlet

Outlet

T sensorHeaters

Heater

contacts

Sensor contacts

Heater

contacts

Capsule Disposable chip

Spring loaded

contact

O-rings

Optical/Thermal Reader

El dispositivo LOC

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Lisis térmica On Chip Lisis química

Pyrex

Pyrex

Pyrex

Pyrex

NS

SN

PCR

reagents

Lysis

PCR mixture

loading

Bacteria

Magnetic bead

NS

SN

PCR

reagents

Chamber closed

PCR mixture

loading

qPCR

Bacteria or virus

Magnetic bead

Lysis buffer

El sistema cumple con los requerimientos de detecciónde la Salmonella spp. y Campylobacter spp. enhospitales y granjas

Sensibilidad del test: 20 CFU

Validación con 80 muestras reales

Tiempo total / Analisis : 24 min vs 48 hrPreparación de la muestra: 2 minAislamiento ADN: 2 minResultado final qPCR: 20 min

Coste del análisis 2€ vs 15€

EN ISO 1614:2003 standard

Opciones de lisis y resultados

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Muestras suministradas por unagranja danesa y un hospital español

81 muestras reales testeadas

Concentración de la muestra,purificación, PCR y detección en unúnico chip


End point PCR product from reference vs

microdevice

Campylobacter

spp.

Relative accuracy 95.8 %

Relative sensitivity 94.7 %

Relative specificity 100 %

End point PCR product from reference vs

microdevice

Salmonella spp.

Relative accuracy 95.6 %

Relative sensitivity 95.6 %

Relative specificity 100 %

fgrams of DNA in 24 minutes (sample prep and qPCR)

D. Verdoy et al. Proceeding of µTAS 09, Jeju, Korea 2009 D. Bang et al. , µTAS 09, Jeju, Korea 2009

Validación de datos - Bacterias

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Cultivos virales cuantificados y muestras nasofaringeas de pacientes preparadas y suministradas por

el Hospital Donostia

Los valores Ct se compararon con los obtenidos por el departamento de Microbiología del Hospital

Donostia

Los resultados confirmaron las prestaciones del protocolo de la extracción y captura del ARN en un

chip

Este análisis no es una prevalidación con docenas de muestras. En este caso se muestran los

resultados obtenidos con duplicados y repeticiones realizadas 4 veces

4. SISTEMA DE DIV POC – LOC Validación de datos - Virus

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IKERLAN-IK4 dispone de una plataforma prototipo que incorpora la“preparación de la muestra”, procesos “PCR” y “válvulas integradas” para eldiagnóstico basado en ADN.

Verificada para Salmonenella spp. y Campilobacter spp. con 80 ensayos reales.

IKERLAN-IK4 dispone de la tecnología para desarrollar sistemas demultidetección (ej. Hasta 6 biomarcadores). Orientada al diagnóstico deenfermedades infecciosas.

IKERLAN-IK4 cuenta con la protección de la IP de las tecnologías básicas.

Situación actual

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IKERLAN MICROSISTEMAS: Nuevo edificio delaboratorios de I+D+i instalado en el POLO GARAIA deMondragón. Inaugurado en Noviembre de 2009.

Laboratorios con una superficie de 2.754 m2.

Sala blanca de 300 m2.

Equipos de fotolitografía

Equipos de procesos químicos

Zonas de caracterización y tests

Zonas de integración de chips y dispositivos(Prototipos y pre-industrialización)

Herramientas y equipos de diseño y simulación

Investigadores y personal auxiliar.

16 doctores e ingenieros

6 doctorandos

1 técnicos de laboratorio

2 técnicos de servicios

5. IKERLAN MICROSISTEMAS Infraestructura y personal

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Microfluídica.

Litografía SU8

Fabricación de dispositivos con polímeros COC

Fabricación de dispositivos con sustratos rígidos:Silicio, Pyrex y PMMA

Fabricación de dispositivos sin sustrato

Integración de “Aveguides” y electrodos

Biodetección

Microóptica (ej. Fluorescencia, OLED, etc.)

Magnética

Electroquímica (ej. Amperimétrica)

Biosensores.

LOC (Lab-on-a-Chip)

LOF (Lab-on-a-Foil)

Bandas de detección

Integración mecánica, electrónica, comunicaciones ymicroelectrónica

5. IKERLAN MICROSISTEMAS Capacidades tecnológicas

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Ámbitos

Micro sondas – microdetección - microdosificación

Diagnóstico molecular (ej. ADN, proteínas, etc.)

Inmunoensayos

Patologías de interés

Enfermedades infecciosas

Enfermedades metabólicas

Cáncer

Aplicaciones

Electroforesis para manipulación

de partículas y células

Control de fluidos

Biodetección – Multidetección

microPCR: qPCR, RT PCR,

Dispositivos de diagnóstico POC

5. IKERLAN MICROSISTEMAS Soluciones Sanitarias

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Chips

Diseño personalizado

Fabricación de dispositivos con polímeros SU8 oCOC

Fabricación de prototipos y preseries

Dispositivos

Desarrollo de dispositivos para evaluar procesosy sistemas microfluídicos

Desarrollo de biodetectores

Desarrollo de dispositivos de detecciónpersonalizados

Desarrollo de sistemas de diagnóstico POC

Fabricación de prototipos y preseries

5. IKERLAN MICROSISTEMAS Capacidades de transferencia

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Personal investigador

Más de 150 doctores e Ingenieros

50 técnicos de laboratorio y servicios

50 doctorandos y becarios

Áreas de conocimiento

Ingeniería Mecánica

Diseño mecánico

Automática y Electrónica de Potencia

Electrónica

Comunicaciones

Sensores

Tecnologías del software y de la información

Tecnologías de diseño y producción

Innovación estratégica

Laboratorios

Ensayos electromágnéticos y acústicos

Ensayos térmicos

Etc.

6. IKERLAN MONDRAGÓN

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IKERLAN-IK4CENTRO DE INVESTIGACIONES TECNOLÓGICAS

TECHNOLOGICAL RESEARCH CENTRE

Pº J.M. Arizmendiarrieta, 2

E-20500 Arrasate – Mondragón

(Gipuzkoa) - SPAIN

Dr. Raúl REYERO

e-mail: [email protected]

Tel.: +34 943 71 24 00

Fax: +34 943 79 69 44

7. INFORMACIÓN Y CONTACTO

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