Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un sensor que puede ingerirse, equipado con bacterias modificadas genéticamente haciéndolas capaces de detectar hemorragias estomacales y otros problemas gastrointestinales.
Esta dispositivo de “bacterias en un chip” combina sensores hechos de células vivas con componentes electrónicos de muy baja potencia que convierten la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica que puede leerse en un teléfono inteligente.
“Al combinar sensores biológicos de ingeniería junto con electrónica inalámbrica de baja potencia, podemos detectar señales biológicas en el cuerpo y casi en tiempo real, lo que permite nuevas capacidades de diagnóstico de salud humana”, dice Timothy Lu, profesor asociado de ingeniería eléctrica, de informática y de ingeniería biológica del MIT.
En el nuevo estudio, que aparece en la revista Science, los investigadores crearon sensores que responden al grupo hemo, un componente de la sangre, y demostraron que funcionan en cerdos. También diseñaron sensores que pueden responder a una molécula que es un marcador de inflamación.
Lu y Anantha Chandrakasan, decano de la Escuela de Ingeniería del MIT y el profesor Vannevar Bush de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, son los autores principales del estudio.
En la última década, los biólogos sintéticos han logrado grandes avances en la ingeniería de bacterias para responder a estímulos como contaminantes ambientales o marcadores de enfermedades. Estas bacterias pueden diseñarse para producir señales como la luz cuando detectan el estímulo objetivo, pero generalmente se requieren equipos de laboratorio especializados para medir esta respuesta. Para que estas bacterias sean más útiles para las aplicaciones del mundo real, el equipo del MIT decidió combinarlas con un chip electrónico que pudiera traducir la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica.
Para su demostración inicial, los investigadores se centraron en la hemorragia en el tracto gastrointestinal en cerdos. Diseñaron una cepa probiótica de Escherichia coli para expresar un circuito genético que hace que las bacterias emitan luz cuando se encuentran con el grupo hemo.
Colocaron la bacteria en cuatro pozos en un sensor diseñado a medida, cubierto por una membrana semipermeable que permite que las pequeñas moléculas del entorno se difundan a través de ellas. Debajo de cada pozo hay un fototransistor que puede medir la cantidad de luz producida por las células bacterianas y transmitir la información a un microprocesador que envía una señal inalámbrica a una computadora o teléfono inteligente cercano. Los investigadores también construyeron una aplicación de Android que se puede utilizar para analizar los datos.
El sensor, un cilindro de aproximadamente 1.5 pulgadas de largo (3.81 cm), requiere aproximadamente 13 microvatios de potencia. Los investigadores equiparon el sensor con una batería de 2.7 voltios, que estiman podría alimentar el dispositivo durante aproximadamente 1.5 meses de uso continuo.