Nuevo microscopio ultracompacto que permite una monitorización continua a tiempo real
Investigadores de la Universidad de Barcelona (UB) han desarrollado un microscopio en miniatura, del tamaño de un chip, basado en tecnologías microelectrónicas. Este innovador dispositivo supone un cambio de paradigma, ya que puede conectarse directamente a la muestra, a diferencia de los microscopios convencionales que necesitan que ésta se transporte al aparato cada vez que se quiere examinar. Además, también permite una monitorización en tiempo real y análisis simultáneo de distintas muestras manteniendo sus condiciones de cultivo.
«Esta tecnología única podría tener un impacto transformador en diferentes ámbitos, desde la investigación biomédica o el desarrollo de fármacos, hasta el control de la calidad del agua o del proceso de producción de vinos», explica Ángel Dieguez, coordinador del proyecto y profesor del Departamento de Ingeniería Electrónica y Biomédica de la Facultad de Física de la UB y miembro del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (IN2UB).
Un proceso más económico y eficiente
El microscopio se basa en una cámara CMOS – una tecnología para la construcción de circuitos integrados que permite una gran miniaturización – y una micropantalla con pequeños LEDs que iluminan el objeto para crear imágenes de sombra de la muestra. Estas imágenes se capturan con un detector muy sensible y se procesan con algoritmos de visión artificial para extraer información relevante para el usuario. “Gracias a la integración del microscopio con las muestras, pueden controlarse continuamente. También permite el procesamiento paralelo de múltiples muestras, acelerando, por tanto, todo el proceso y mejorar la eficiencia y los recursos”, señala el investigador.
Además, una de las ventajas de la tecnología es que el análisis de las muestras se realiza sin necesidad de intervención del usuario. En este sentido, el equipo investigador también desarrolla software impulsado por inteligencia artificial para automatizar este análisis, adaptado a las necesidades de cada proyecto en el que se utiliza el microscopio.
Un dispositivo para impulsar el desarrollo de fármacos
Las características del nuevo dispositivo hacen que tenga un gran potencial en distintos ámbitos del sector sanitario y biomédico. Una de las líneas donde ya se está aplicando es acompañando a la tecnología Organ en un chip (OOC, siglas de la palabra inglesa Organ-on-a-Chip), un sistema que se está empezando a utilizar como sustituto de los estudios con animales para acelerar el descubrimiento de nuevos fármacos. Se trata de una metodología de cultivo celular que, mediante chips controlados por ordenadores y sensores que miden el metabolismo celular, simula el microambiente y los aspectos funcionales clave de órganos vivos en una escala microscópica. “A partir de células y tejidos se replican artificialmente órganos como, por ejemplo, el hígado. De esta forma, los medicamentos testados en estos OOC podrían ser incluso más fiables que los fármacos que han pasado por pruebas en animales, ya que los órganos animales no son exactamente iguales a los humanos y no siempre tienen las mismas respuestas”, detalla Ángel Dieguez .
En este contexto, el nuevo microscopio ultracompacto puede conectarse a cada OOC del experimento, “eliminando la necesidad de transportar muestras de la incubadora al microscopio, al tiempo que se reducen los consumibles necesarios para llevar a cabo todo el procedimiento”, explica el investigador.
Actualmente, el equipo del profesor Dieguez está trabajando en un proyecto con el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) para utilizar esta técnica de microscopía con OCC que simulan diferentes órganos para estudiar la enfermedad del hígado graso y su impacto en la pérdida de masa muscular.
Una herramienta para mejorar la producción vinícola
El nuevo microscopio también se utiliza para monitorizar in situ el proceso de fermentación del vino con el objetivo de obtener una mejora en la producción y un mayor control de las posibles especies contaminantes. Esta observación en tiempo real incorpora también tecnologías de reconocimiento automático celular que permiten automatizar procesos que tradicionalmente son manuales y poco eficaces para los productores de vino. De esta forma, la nueva tecnología puede ayudar a las empresas que participen en el proyecto a reducir los costes económicos provocados por los problemas de fermentación y minimizar el desperdicio de materia prima.
Se trata de una iniciativa que cuenta con la participación del Instituto Catalán de la Viña y el Vino (INCAVI) y cluster vitivinícola catalán INNOVI, que analizará la fermentación con muestras de vinos de bodegas catalanas.
Rebajar el coste de fabricación
Uno de los retos actuales de los investigadores es conseguir abaratar la fabricación del dispositivo que actualmente tiene un coste de aproximadamente 1.000 euros. Con ese objetivo, ya están trabajando en la creación de una empresa spin-off para llevar a cabo el proceso de industrialización y comercialización de este microscopio único.