11. COMPAMED Frühjahrsforum puso la microfluídica en el centro de atención – un tema de gran importancia para la medicina de laboratorio moderna

El foro de primavera de COMPAMED se ha establecido como un punto de encuentro para expertos en desarrollo, producción y socios de servicios de la industria de la tecnología médica. El evento anual ya ofrece en primavera una vista previa de COMPAMED, la plataforma de mercado líder internacional para proveedores de fabricación médica, que se celebra cada año del 13 al 16 de noviembre de 2017 en Düsseldorf. El 11º foro de primavera se dedicó el 3 de mayo de 2017 (en Frankfurt a. M.) a la microfluídica en la tecnología médica, en tres sesiones sobre los temas «Aspectos generales y conceptos», «Fabricación de dispositivos microfluídicos» y «BioMEMS y manipulación celular». Antecedentes: La tecnología médica se desarrolla cada vez más hacia una atención descentralizada de los pacientes. Por ello, todos los diagnósticos y tratamientos y dispositivos deben funcionar en el «Punto de Atención (PoC)». Esto ofrece grandes ventajas frente a la práctica anterior, que consistía en remitir a los pacientes a un médico y realizar las pruebas en un laboratorio. Así, se pueden evitar estancias hospitalarias, obtener resultados más rápidos para diagnósticos específicos y tratamientos personalizados, además de reducir costes en el sistema de salud.

Para aprovechar estas ventajas, los dispositivos para diagnóstico y terapia deben funcionar de manera automatizada y fiable. Las muestras deben ser conducidas, preparadas y analizadas en cantidades exactamente definidas. Los medicamentos deben ajustarse y dosificarse según el cuadro clínico del paciente individual. En todos estos ámbitos, los sistemas microfluídicos desempeñan un papel importante. Por ello, el 11º foro de primavera de COMPAMED mostró cómo se fabrican estos componentes y sistemas, qué materiales se utilizan, y también cómo se emplean productos BioMEMS en diagnósticos o en la dosificación de medicamentos. El foro es organizado por la asociación profesional IVAM para microtecnología en cooperación con la feria de Düsseldorf.

Henne van Heeren, de la empresa enablingMNT, pudo demostrar la importancia que ya ha alcanzado la microfluídica. enablingMNT (Dordrecht, Países Bajos) se ha centrado en apoyo de marketing y estrategia en el campo de las micro y nanotecnologías (MNT), con oficinas en Reino Unido, Países Bajos y Alemania. «Seguimos viendo un gran crecimiento, actualmente ya hay 750 empresas activas en el campo de la microfluídica en todo el mundo», enfatiza van Heeren. Cada año se suman alrededor de 45 nuevas startups, mientras que unas 20 empresas abandonan este campo, son adquiridas o deben cerrar. Las principales instituciones en la comercialización de microfluídica son la Universidad de California en Berkeley, Harvard y el Instituto de Tecnología de Massachusetts. En Europa, la Universidad de Twente, ETH Zúrich y la Universidad de Cambridge están en la vanguardia. Desde 1998, el número de patentes que contienen el término «Microfluídica» en título o resumen ha aumentado rápidamente de cero a más de 1.300 por año. En cuanto a materiales, el polidimetilsiloxano, un polímero basado en silicio, es muy popular en la investigación universitaria, mientras que la industria prefiere los polímeros de ciclo-olefina (COP) y copolímeros de ciclo-olefina (COC), vidrio, una combinación de vidrio y silicio, y polimetilmetacrilato (PMMA). Los COC y COP se usan principalmente para productos desechables en el área de «Punto de Atención», el vidrio se elige especialmente para aplicaciones exigentes, es decir, dispositivos que se reutilizan con frecuencia y durante más tiempo, o en casos donde se requieren mayores presiones y temperaturas.

Saliva, orina o sudor podrían reemplazar la muestra de sangre invasiva

Hoy en día, la mayoría de los análisis de salud se basan en la análisis de sangre obtenido mediante técnicas invasivas. En la última década, ha habido un paso hacia el uso de fluidos corporales de «acceso libre» como saliva, orina y sudor. Sin embargo, las tecnologías utilizadas para recoger, preparar y analizar estas muestras no son precisas, robustas ni fáciles de manejar. Además, los resultados obtenidos de estos fluidos no son particularmente confiables. En el Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA (CSEM) en Landquart (Suiza), se trabaja en el desarrollo de diferentes sensores para una monitorización no invasiva de pacientes, que también puedan usarse en diagnósticos en el Punto de Atención y en dispositivos para monitoreo terapéutico. «Gran parte de nuestro trabajo se centra en las diferentes capacidades del nuevo dispositivo: debe poder ser utilizado por personal no entrenado, también en situaciones clínicas exigentes, en personas de difícil acceso a muestras de sangre, y también en áreas remotas», explica Samantha Paoletti del CSEM.

El CSEM desarrolla diversas tecnologías basadas en un enfoque modular para el diagnóstico. Incluye la preparación de muestras, es decir, la recolección y procesamiento de fluidos corporales con diferentes diseños microfluídicos, y la detección de moléculas objetivo específicas como electrolitos, proteínas, péptidos, inmunoglobulinas o componentes orgánicos pequeños (azúcares, aminoácidos, etc.). Para ello, se pueden usar sensores ópticos, fluorescentes o electroquímicos, que el CSEM desarrolla, produce, funcionaliza y integra en diferentes soluciones de bajo coste. Además, trabaja en las unidades de detección, la electrónica asociada, el suministro de energía y la transmisión de datos. «Nuestro portafolio actual incluye varios sensores que detectan, por ejemplo, iones de potasio y sodio, glucosa, lactato, pH y valor de impedancia», dice Paoletti. El CSEM ha demostrado que estos sensores pueden integrarse en ropa (wearables con análisis de sudor) o usarse para análisis de saliva y orina.

Combinación de microfluídica y impresión 3D para uso en diabetes

La diabetes no solo es una enfermedad común en Alemania: en el grupo de edad entre 20 y 79 años, en la República Federal hay más de 6,5 millones de personas afectadas. La medición continua de la concentración de glucosa es posible tanto en sangre como en el líquido intersticial (líquido intercelular) en el tejido adiposo subcutáneo, ya que su contenido de glucosa solo tiene un retraso marginal respecto al de la sangre. El Instituto de Investigación CIS para microsensores en Erfurt ha desarrollado una nueva solución para determinar el nivel de glucosa en sangre combinando microfluídica e impresión 3D. «El concepto del sensor no está destinado para el uso diario de pacientes con diabetes, sino que busca proporcionar un valor de glucosa en sangre durante siete días para monitorización en medicina intensiva», explica el Dr. Jan Freitag, investigador en CIS. El sensor completo se aloja en una cámara de calibración compuesta por dos compartimentos. Uno de ellos está lleno con una solución sin azúcar (0%), mientras que el otro contiene una solución con una concentración definida. Esto permite guardar inicialmente un punto de medición con 0%, y tras abrir la pared entre los compartimentos, registrar un segundo punto de medición y realizar una calibración de dos puntos. Todo el sistema consiste en una cámara de medición en forma de tubo miniaturizado, con paredes enrejadas (dimensiones: 25 mm de longitud y 1,2 mm de diámetro), que contiene la fuente de luz en la punta y la interfaz de los componentes ópticos en el extremo de la aguja. Se emplea acero cobalto-cromo para el material. La fabricación compleja de la cámara de medición con su estructura esquelética se realiza mediante impresión 3D. De esta forma, mediante un proceso de soldadura selectiva por láser, fue posible construir estructuras esqueléticas de una aleación metálica con dimensiones físicas que permiten su uso en el cuerpo humano. «Podemos producir simultáneamente 250 canales en un alimentador, lo que ahorra costes y tiempo», afirma Freitag.

Manejo de líquidos en el rango de nanolitros

Las futuras aplicaciones en laboratorios y diagnósticos requerirán la dispensación de líquidos en rangos de micro y nanolitros. Los sistemas actuales para manejar volúmenes tan pequeños suelen no ser lo suficientemente precisos para cumplir estos requisitos. Por ello, el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Fabricación y Automatización (IPA) ha desarrollado una nueva tecnología de manejo de líquidos, llamada I-DOT (Tecnología de Goteo Inmediato bajo Demanda), que permite generar gotas de 2 a 12 nanolitros mediante un impulso de presión. Se alcanzan cantidades mayores mediante la aplicación de hasta 400 impulsos por segundo. Las microplantillas necesarias para la distribución se fabrican mediante moldeo por microinyección, ya que esta tecnología permite reproducir con gran precisión «micro-pozos» en buena calidad. La especialista en moldeo por microinyección es MDX Devices GmbH, que se enfoca en la producción económica de componentes de alta precisión en micro o precisión inyección en pequeñas cantidades de calidad validada. «Producimos prototipos, microcomponentes y dispositivos en plásticos de alto rendimiento mediante moldeo por microinyección y también realizamos procesos adicionales, como impresión o ensamblaje posterior, incluso en pequeñas cantidades para tecnología médica, diagnóstico, industria farmacéutica o biotecnología, así como para microtecnología», confirma Harald Grün, director general de MDX. La empresa fabrica diferentes placas de microtitulación para la tecnología I-DOT. La tecnología de microinyección ofrece varias ventajas en la producción de componentes de alta precisión frente a los procesos tradicionales de moldeo por inyección, como menor volumen de canal, ciclos muy cortos, buen llenado, alta capacidad de proceso, reproducibilidad y rentabilidad, ya que el proceso es muy eficiente en energía.

Aislamiento totalmente automático de células tumorales en una muestra de sangre

En el proyecto CTCelect, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF), se trabaja en el manejo de células muy específicas. Las células tumorales en circulación en la sangre (en inglés, Circulating Tumor Cells, CTCs) se consideran una fuente importante de información sobre el avance de la enfermedad y posibles enfoques terapéuticos en la investigación del cáncer. Sin embargo, tienen una concentración extremadamente baja en la sangre. Dentro del cluster de intervención inmunitaria individualizada (Ci3), el Fraunhofer ICT-IMM y socios han desarrollado un citómetro microfluídico de flujo con dispensador de células individuales integrado, que puede aislar automáticamente las células tumorales en una muestra de sangre. Esto permite inferir cómo diferentes tipos de tumores reaccionan ante un tratamiento y también desarrollar medicamentos específicos. En el proyecto iniciado en enero de 2017, se busca validar y caracterizar el proceso previamente investigado para la concentración y separación de células tumorales en circulación en muestras clínicas reales. «Construiremos un dispositivo demostrador CTCelect con el correspondiente ensayo, y recopilaremos los requisitos de los usuarios clínicos», explica el coordinador del proyecto, el Dr. Michael Bäßler, del ICT-IMM. De un demostrador de laboratorio, se pretende convertir en un demostrador de evaluación. El usuario clínico, el Instituto de Investigación Traslacional sobre Cáncer de Piel en el Hospital Universitario de Essen, probará la robustez, seguridad y facilidad de manejo del sistema optimizado. «Hemos demostrado la viabilidad fundamental, ahora se trata de acercar nuestro dispositivo de laboratorio al mercado, recopilando datos relevantes para posibles interesados», explica Bäßler. En la cima de la lista de deseos también está encontrar un comprador que quiera introducir el sistema en el mercado, y para ello, COMPAMED sería la plataforma ideal.

Para la feria COMPAMED 2017, se esperan en los pabellones 8a y 8b del recinto ferial de Düsseldorf casi 800 expositores de más de 40 países. La COMPAMED se realiza en paralelo a la feria médica más grande del mundo, MEDICA 2017 (aproximadamente 5.000 expositores).