COMPAMED Innovationsforum 2021: Éxitos en la lucha contra la pandemia mediante la microfluídica

IVAM Mercado de productos (Foto: Messe Düsseldorf, Constanze Tillmann)

Chip de análisis de microfluidos (Fuente: microfluidic ChipShop)

La pandemia de COVID-19 ha tenido un gran impacto en todos los ámbitos de la vida. Casi todas las personas se ven afectadas de alguna manera: en su salud, en su actividad profesional, en toda su vida. Pero también hay aspectos positivos destacados. Entre ellos, se encuentra especialmente el rápido desarrollo de vacunas, kits de prueba y, en el futuro, medicamentos, que contribuyen de manera significativa a superar la crisis. “La pandemia nos ha mostrado cuán importantes son las tecnologías modernas de alta precisión para poder realizar investigaciones y desarrollos rápidos y efectivos, por ejemplo, para medicamentos, vacunas o dispositivos de diagnóstico”, confirma el Dr. Thomas R. Dietrich, CEO de la asociación especializada en microtecnología IVAM. Particulares componentes microfluídicos son adecuados para acelerar significativamente la velocidad de desarrollo. Esto fue transmitido de manera impresionante en el Foro de Innovación COMPAMED, realizado digitalmente el 16 de junio, bajo el lema “Microfluídica para el diagnóstico móvil, así como para el desarrollo y fabricación de medicamentos y vacunas”, con las contribuciones de sus expertos.

El foro se realiza desde hace muchos años en estrecha colaboración entre la feria Düsseldorf y IVAM, y siempre ofrece una vista previa de unos meses a temas actuales de la feria internacional líder para proveedores de la industria de tecnología médica, la COMPAMED en Düsseldorf (próxima fecha: 15-18 de noviembre de 2021, en paralelo con MEDICA 2021).

Una gran cantidad de pruebas en muy poco tiempo

Los componentes microfluídicos permiten realizar rápidamente una gran cantidad de experimentos en lo que se denomina cribado de alto rendimiento (HTS). Esto posibilita realizar una gran cantidad de pruebas en muy poco tiempo, por ejemplo, para evaluar la eficacia de medicamentos o vacunas en células vivas. La velocidad y precisión de las pruebas se logran, entre otros, mediante las microestructuras que permiten un control mucho mejor de los parámetros físicos y químicos (por ejemplo, temperatura, presión, tiempo de reacción). Otra ventaja de estas pequeñas estructuras es la cantidad reducida de muestra necesaria y el consumo eficiente de reactivos. En los últimos meses, se han desarrollado en muy poco tiempo nuevos productos y medicamentos. Sin componentes microfluídicos, esto no habría sido posible. Dispositivos y componentes como lab-on-a-chip, dispositivos de diagnóstico móvil o microreactores químicos ya ayudan en la lucha contra la pandemia.

Potencial de optimización por un lado — papel decisivo por otro

Las plataformas microfluídicas son, en principio, muy adecuadas para un desarrollo rápido y la comercialización de pruebas en el punto de atención (PoCT). Sin embargo, la “prueba ideal” de PoC representa un gran desafío: debe ser asequible, sensible, específica y fácil de usar, además de rápida, robusta, sin dispositivos y entregable a los usuarios finales. Las pruebas utilizadas durante la pandemia muestran que los diferentes métodos tienen límites distintos y aún hay margen de mejora. Por ejemplo, las pruebas PCR son más lentas, requieren un laboratorio de análisis, lo que encarece el método y limita el rendimiento. Por otro lado, las pruebas de antígenos son solo ligeramente sensibles y a veces producen resultados falsos negativos. Las pruebas de anticuerpos para detectar una infección pasada también tienen sensibilidad limitada. “Estas limitaciones muestran que no existe la ‘varita mágica’ en las pruebas”, afirma el Dr. Holger Becker, Director Científico de microfluidicChipShop. Sin embargo, el experto está convencido de que PoCT recibirá un impulso sostenible y que la microfluídica jugará un papel decisivo, especialmente en pruebas moleculares.

‘Pruebas en el punto de atención’: una herramienta importante en la pandemia

Se espera que en el futuro surjan tecnologías adicionales en el área de PoCT, que ahora podrían implementarse con mayor facilidad debido a la pandemia. Entre ellas, se encuentran procedimientos de imagen directa que podrían combinarse con inteligencia artificial (IA), o sensores basados en silicio (por ejemplo, silicio-óptica). Un instrumento relativamente nuevo es la “diagnóstico CRISPR” (CRISPR significa Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) para identificar secuencias específicas de ARN. Para detectar virus de ARN, generalmente se dispone de fragmentos relativamente cortos de material genético en los que se debe detectar una secuencia genética viral específica. En el diagnóstico CRISPR, se emplea una enzima Cas y una molécula de ARN reportero fluorescente. Si la muestra contiene ARN objetivo, la enzima Cas comienza a cortar tanto el ARN de la muestra como el reportero, liberando la etiqueta de color que puede ser detectada. Se trata, por tanto, de una detección indirecta, que tiene la ventaja de ser muy específica. “En general, se puede decir que las pruebas en el punto de atención experimentarán una demanda creciente y se convertirán en una herramienta importante para gestionar pandemias”, resume Holger Becker.

Empresas como microLIQUID (de España), especializada en aplicaciones microfluídicas personalizadas y con conocimientos en toda la cadena, desde el concepto y desarrollo del producto hasta su introducción y fabricación, se beneficiarán. “A menudo, la implementación de un prototipo en producción en masa es el cuello de botella decisivo”, explica el Dr. Luis Fernández, CTO de microLIQUID, un desafío para el que se buscan soluciones.

La innovación en ciencias de la vida, biotecnología y análisis se impulsa por la creciente presión de costos. La preparación de muestras, la generación y el procesamiento de cantidades cada vez mayores de datos, así como tiempos de proceso cada vez más cortos, llevan a una miniaturización constante de componentes importantes en vidrio y plástico. Celdas de flujo, biochips, componentes lab-on-a-chip, rejillas, electrodos integrados y microcanales, cubetas: muchos componentes de la fotónica y la microfluídica presentan capas funcionales en micro y nanoescala.

Donde la microfluídica, la biotecnología y la óptica se superponen y requieren un enfoque multidisciplinario y un amplio portafolio de procesos, la empresa suiza IMT Microtechnologies se considera un socio ideal. “La transferencia de un ensayo a una solución microfluídica requiere un profundo conocimiento del analito y de los métodos para aislarlo o adherirlo a una superficie dentro de la red de canales, así como la identificación del mecanismo de transducción adecuado y de los procesos y materiales necesarios”, explica el Dr. Alexios Paul Tzannis, gerente de desarrollo de negocios de IMT, sobre parte de la tarea compleja. La combinación de una estructuración compleja en y sobre obleas de vidrio con métodos innovadores en química de superficies permite desarrollar materiales consumibles innovadores para ciencias de la vida y diagnóstico.

Control de líquidos a escala nanométrica

Fluigent, de Francia, ofrece una amplia gama de soluciones para aplicaciones micro y nanofluídicas, cuyo objetivo es mayor control, automatización, precisión y facilidad de uso. “La microfluídica allana el camino para el diagnóstico en el punto de atención. Se trata de instrumentos portátiles, rápidos y precisos que trasladan las capacidades de un laboratorio médico a la mano del usuario en el lugar de la acción, por ejemplo, en una sala de operaciones”, comenta Jaques Pechdimaljian, gerente de productos OEM en Fluigent. La idea es, en otras palabras, control de líquidos incluso a escala nanométrica. Como los generadores y reguladores de micropresión son cada vez más populares, Fluigent centra su atención y valor en la adaptación de componentes para dispositivos PoC. Estos incluyen dispositivos portátiles (alimentados por batería, compactos y ligeros), así como instrumentos precisos (estabilidad de flujo, exactitud) y sistemas confiables (evitar obstrucciones, contaminación, burbujas, etc.). Las aplicaciones de estos dispositivos van mucho más allá de la tecnología médica (por ejemplo, pruebas ambulatorias de trombosis en quirófanos). También se utilizan para detectar contaminantes en la industria alimentaria y de bebidas o para realizar análisis de metales pesados en agua municipal.

Medición cuantitativa de anticuerpos contra el COVID-19 con dispositivos PoC

Otra lección de la pandemia es que las vacunas de ARNm se pudieron desarrollar y adaptar muy rápidamente, pero su producción y logística son complicadas. La ampliación a las cantidades necesarias llevó tiempo. Además, aún no hay certezas sobre cuánto durará la inmunidad proporcionada por las vacunas. Por ello, sería sumamente útil que los dispositivos PoC pudieran medir cuantitativamente los anticuerpos. Los requisitos serían altos: solo una gota de sangre de un dedo debería ser suficiente, y los resultados de la medición estarían disponibles en poco tiempo (menos de 20 minutos). La medición debería ser altamente sensible y específica, con captura y procesamiento digital de los datos. Pero, ¿cómo podrían realizarse soluciones de este tipo, por ejemplo, mediante dispositivos no demasiado voluminosos, con costos de inversión razonables y un consumo aceptable de energía y reactivos?

“Para aprovechar mejor las ventajas de la microfluídica en el punto de atención, debemos hacer uso tanto de componentes fluidicos activos, con menor peso y tamaño, como de una alimentación energética mediante baterías y volúmenes pequeños de fluidos, que permitan ahorrar reactivos”, explica Florian Siemenroth, de Bartels Mikrotechnik. Según la compañía y los socios involucrados, mementis, microfluidic ChipShop, Honeywell y Sensirion, “todas las piezas del rompecabezas” están en la mesa para realizar sistemas microfluídicos activos. Una variedad de componentes estándar está disponible y puede integrarse en un sistema ultracompacto e inteligente. Entre ellos, se incluyen válvulas miniatura, bombas inteligentes y su control, sensores de flujo, recipientes para reactivos y un sistema de tuberías. Estos componentes ya existentes y los sistemas que se pueden generar a partir de ellos ofrecen las ventajas deseadas: permiten automatizar procesos fluidicos con componentes comerciales, tienen un bajo consumo de energía y un volumen interno reducido, el sistema completo es ultracompacto y cabe en un formato de placa de 96 pocillos (aproximadamente 128 por 85 milímetros). Además, estos sistemas activos pueden fabricarse por unos pocos cientos de euros.

‘Smart Fabs’ para el desarrollo futuro de vacunas y medicamentos

De la pandemia no solo surge una creciente demanda de productos médicos esenciales y de métodos modernos para la fabricación de terapéuticos avanzados y vacunas. También se ha desarrollado una fuerte necesidad de modelos de trabajo descentralizados, que no solo afecta a la industria de tecnología médica. Para responder a la enorme presión de tiempo, se tuvieron que construir “Smart Fabs” (producción inteligente) en menos de 12 meses. “Solo con factores de éxito como alto rendimiento y fiabilidad, automatización completa y ahorro en volumen y costos, esto puede lograrse”, afirma la Dra. Gina Greco, Market Manager de Ciencias de la Vida, Diagnóstico y Análisis en el especialista suizo en sensores Sensirion.

Las experiencias con la pandemia muestran que los instrumentos de ciencias de la vida, diagnóstico y análisis deben seguir siendo optimizados. “Los sistemas microfluídicos junto con sensores son una solución clave”, enfatiza Greco. Sensirion se considera a sí misma como experta en estos componentes, cuyo amplio portafolio es ideal para afrontar los desafíos industriales actuales. Se utilizan en todas las áreas de una fábrica farmacéutica, ya sea en investigación y desarrollo, producción o en control de calidad y logística inteligente.

El COVID-19 y el desarrollo muy rápido de vacunas eficaces han puesto el foco en la microfluídica y áreas relacionadas. Los microsistemas que pueden manejar con seguridad las menores cantidades de líquidos y gases ya son imprescindibles en la tecnología médica. El Foro de Innovación COMPAMED 2021 y los expertos participantes mostraron ejemplos interesantes y, al mismo tiempo, estimularon el entusiasmo por la variedad de temas y novedades de productos en la COMPAMED 2021 en noviembre: desde microtecnología y nuevos materiales hasta soluciones de envasado para tecnología médica y respuestas a todas las preguntas que surgen a lo largo de la cadena de procesos en el desarrollo y fabricación de productos médicos.