DISPOSITIVO DE LECTURA DE MICROARRAYS DE TIPO ELECTRICO Y REUTILIZABLE.

Dispositivo de lectura de microarrays de tipo eléctrico y reutilizable.

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo de lectura eléctrica de microarrays que se puede limpiar y volver a utilizar más de una vez. El dispositivo (1, 1'', l'''') de lectura de microarrays (6) tiene las siguientes partes: una base (2, 2'', 2''''), que tiene unos medios de apoyo (3, 3'', 3'''') para situar la superficie de test (7) del microarray (6) en paralelo a una superficie de lectura (4) de la base (2, 2'', 2''''); una matriz de transductores (5, 5'', 5''''), dispuestos sobre la superficie de lectura (4) de la base (2, 2'', 2''''), que traducen una variación de una magnitud eléctrica o química en una variación de una magnitud eléctrica; y unos medios de lectura (10), conectados a los transductores (5, 5'', 5''''), que interpretan las señales eléctricas de los transductores (5, 5'', 5'''')

Dispositivo de lectura de microarrays de tipo eléctrico y reutilizable.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo de lectura eléctrica de microarrays que se puede limpiar y volver a utilizar más de una vez.

Antecedentes de la invención

Desde su aparición a finales de la década de 1980, los biochips o microarrays han permitido llevar a cabo interpretaciones cuantitativas de muchos e importantes fenómenos biológicos. Un microarray es un conjunto de spots o puntos de ensayo de pequeñas dimensiones (desde pocos nm a pocos mm) sobre un soporte plano que permite realizar muchos ensayos en paralelo, aumentando enormemente la velocidad y la capacidad de análisis respecto a sistemas de análisis en serie.

Estos elementos están diseñados para analizar el contenido proteico, las interacciones proteína-proteína, proteína-ADN, proteína-ligando, la presencia de mutaciones del ADN, patrones de expresión de genes, etc., de muestras biológicas complejas. Los microarrays que utilizan anticuerpos como elemento de reconocimiento se basan en diferentes tipos de ensayo:

- Tipo sándwich, cuando el analito es capturado por un anticuerpo inmovilizado en el soporte y cuantificado mediante un segundo anticuerpo marcado.

- Tipo competitivo cuando copias del analito se inmovilizan en los spots de la superficie del soporte y la cuantificación de dicho analito se realiza indirectamente a partir de los anticuerpos marcados que se unen a dichos spots en presencia de la muestra que se desea analizar.

- Tipo fase inversa cuando la muestra se adsorbe directamente en la superficie del soporte y el analito es reconocido por anticuerpos marcados.

En todos ellos la cuantificación se realiza por medio de la detección de una marca, que está unida a un anticuerpo. En el caso de chips de ADN la marca se une a los fragmentos de ADN o ARN a analizar. Las marcas pueden ser de tipo óptico (molécula fluorescente, punto quántico, enzima cuyo producto precipita), radioactivo (radioisótopos), o electroquímico (enzima cuyo producto es electroactivo o nanopartículas electroactivas). Este último tipo de marcas tienen la ventaja de que permiten una instrumentación de lectura puramente eléctrica, y por lo tanto más compacta, robusta y barata que la de las más ampliamente utilizadas marcas fluorescentes. Existen productos en el mercado que utilizan este tipo de lectura, como por ejemplo el lector Electrasense de COMBIMATRIX (WO2008051196). La empresa Nanoident Technologies, anuncia también sistemas compactos con lectura eléctrica de microarrays basados en una matriz de fotodiodos orgánicos impresos en el mismo soporte donde se realiza el ensayo (WO2006026796).

Sin embargo, para que el uso de microarrays se extienda de forma más amplia y se pueda utilizar en los lugares en que se necesita (junto a la cama del paciente en un hospital o en los centro de atención primaria), los equipos deben mejorar en términos de coste, robustez, sencillez y tamaño. Estos equipos analíticos constan básicamente de dos partes diferenciadas: los microarrays sobre los que se realiza el ensayo y el dispositivo con que se realiza la lectura del resultado de dicho ensayo. En algunos casos también se incluyen otros complementos en el sistema, como un brazo robótico para la deposición de componentes de reconocimiento o muestras sobre los spots o puntos de medida del microarray (spoter), o un equipo con componentes fluídicos y reactivos para realizar el ensayo automáticamente.

Los dispositivos de lectura de tipo eléctrico son los más robustos, sencillos y de menor tamaño. Sin embargo, presentan el inconveniente de requerir una matriz de dispositivos (electrodos o fotodiodos) formados sobre el propio soporte, lo cual obliga a utilizar un soporte nuevo y desechar el usado cada vez que se realiza el ensayo. El soporte, además, es un elemento complejo y costoso, ya que debe incluir transductores eléctricos, etc., en lugar de los soportes habitualmente utilizados en los sistemas ópticos, que consisten simplemente en un trozo de vidrio o plástico funcionalizado.

Descripción de la invención

La presente invención describe un dispositivo de lectura de microarrays de tipo eléctrico y reutilizable que está basado en la medida electroquímica (amperométrica, potenciométrica o impedimétrica) de la acumulación de productos de una reacción enzimática al entrar en contacto una superficie marcada por marcas enzimáticas y un sustrato químico. La novedad de este dispositivo reside en que los transductores encargados de realizar la medida se encuentran en una base diferente al soporte del microarray, de manera que el dispositivo de lectura se puede reutilizar para tantos análisis como se desee. Además el dispositivo de lectura puede funcionar con los soportes de bajo coste utilizados por los conocidos sistemas ópticos. El único requerimiento para el uso de este dispositivo de lectura es que la marca enzimática utilizada, al reaccionar con su substrato químico correspondiente, genere un producto que pueda ser detectado por los transductores, es decir, un producto que modifique alguna propiedad eléctrica o química del medio en que se produce la reacción. Los transductores de la invención, por tanto, transforman magnitudes eléctricas o químicas de un medio en magnitudes eléctricas.

En el caso de transductores impedimétricos, será necesario que el substrato químico sea una especie química con carga neta diferente a la de la suma de las cargas netas de los productos, de manera que al producirse la reacción enzimática cambie la concentración de especies cargadas, y por lo tanto cambie la conductividad del medio. Un ejemplo de ello es el enzima Ureasa, que al reaccionar con la urea (especie neutra) produce amoniaco y dióxido de carbono. El amoniaco se protona rápidamente dando lugar al ion amonio (cargado positivamente), mientras que el dióxido de carbono se convertirá parcialmente en bicarbonato (cargado negativamente).

En el caso de transductores amperométricos, la reacción enzimática debe producir especies electroactivas. Un ejemplo es el enzima fosfatasa alcalina, que en presencia de p-aminofenilfosfato produce p-aminofenol. El p-aminofenol se oxida a un potencial menor de 200 mV dando lugar a p-quinonaimina. Este sistema de enzima/substrato permite utilizar el redox cycling ya que la p-quinonaimina puede ser reducida a su vez a un potencial menor de -200 mV dando lugar nuevamente a p-aminofenol.

En el caso de transductores potenciometricos, la reacción enzimática debe producir iones que sean detectables en el transductor. El caso más simple seria una enzima que produzca un cambio de pH.

En el presente documento, diremos que un microarray está formado por un soporte plano, en una de cuyas superficies, que denominaremos "superficie de test", hay una matriz de spots con una marca enzimática. El soporte plano puede ser cualquiera de los soportes habitualmente utilizados con otros tipos de equipos de lectura, por ejemplo ópticos, y puede ser de materiales como vidrio o plástico, entre otros.

Por tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, se describe un dispositivo de lectura de microarrays de tipo eléctrico y reutilizable que comprende los siguientes elementos:

1) Una base, que comprende unos medios de apoyo para situar la superficie de test del microarray en paralelo a una superficie de lectura de la base.

Los medios de apoyo de la base deben ser tales que la superficie de test del microarray quede enfrentada en paralelo a la superficie de lectura de la base. Además, la distancia entre ambas superficies debe ser tal que permita que una gota de un medio acuoso toque simultáneamente ambas superficies, poniendo así en contacto el sustrato químico presente en el medio acuoso y la marca enzimática de los spots del microarray, y produciéndose así una reacción química que resulta en unos productos que afectan a propiedades eléctricas o químicas del medio acuoso.

2) Una matriz de transductores, dispuestos sobre la superficie de lectura de la base, que traducen una variación de una magnitud eléctrica o química en una variación de una magnitud eléctrica.

Los transductores están fijados a la superficie de lectura de la base formando una matriz, de tal modo que, cuando el microarray se dispone sobre los medios de apoyo, cada transductor queda enfrentado a un spot.

Para...

1. Dispositivo (1, 1', 1'') de lectura de microarrays (6) de tipo eléctrico y reutilizable, caracterizado porque comprende:

una base (2, 2', 2''), sobre cuya superficie de lectura (4) están dispuestos en una matriz unos transductores (5, 5', 5''), que traducen una variación de una magnitud eléctrica o química en una variación de una magnitud eléctrica;

unos medios de apoyo (3, 3', 3'') comprendidos en la base (2, 2', 2'') que sirven para situar la superficie de test (7) de un microarray (6) que comprende una matriz de spots (8) con una marca enzimática en paralelo a la superficie de lectura (4) de la base (2, 2', 2'') a una distancia tal que permite que una gota de un medio acuoso ponga en contacto un spot (8) de la superficie de test (7) con un transductor (5, 5', 5'') de la superficie de lectura (4); y

unos medios de lectura (10), conectados a los transductores (5, 5', 5''), que interpretan las señales eléctricas de los transductores (5, 5', 5'').

2. Dispositivo (1, 1', 1'') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la base (2, 2', 2'') y la matriz de transductores (5, 5', 5'') están fabricados a partir de una oblea de vidrio tipo pirex.

3. Dispositivo (1, 1', 1'') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque los transductores (5, 5', 5'') se eligen de la siguiente lista: transductores impedimétricos, transductores amperométricos y transductores potenciométricos.

4. Dispositivo (1, 1', 1'') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los medios de lectura (10) comprenden circuitos electrónicos que adquieren y procesan las señales eléctricas generadas por los transductores (5, 5', 5'').

5. Dispositivo (1, 1', 1'') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque además comprende un medio de aplicación de gotas de medio acuoso para formar una gota de medio acuoso sobre cada transductor (5, 5', 5'').

6. Dispositivo (1'') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de aplicación de gotas de medio acuoso es un aplicador que comprende un depósito (11'') de medio acuoso y una matriz de microcanales (12'') practicados en una de sus paredes.

7. Dispositivo (1') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de aplicación de gotas de medio acuoso comprende un depósito (11') de medio acuoso situado junto a la superficie de la base (2') opuesta a la superficie de lectura (4), y una matriz de microcanales (12') practicados en la base (2').

8. Dispositivo (1') de lectura eléctrica de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los microcanales (12') comprenden una boquilla situada en un orificio central de los transductores (5').

9. Procedimiento de lectura de un microarray (6), donde el microarray (6) comprende un soporte (9) plano en cuya superficie de test (7) hay una matriz de spots (8) con una marca enzimática y donde el dispositivo (1, 1', 1'') de lectura comprende una base (2, 2', 2'') sobre cuya superficie de lectura (4) se dispone una matriz de transductores (5, 5', 5'') que transforman una modificación de una propiedad eléctrica o química en una modificación de una propiedad eléctrica, caracterizado porque comprende las siguientes operaciones:

disponer en paralelo la superficie de lectura (4) de la base (2, 2', 2'') y la superficie de test (8) del microarray (6), de modo que cada spot (8) está enfrentado a un transductor (5, 5', 5'') con una gota de un medio acuoso en contacto con ambos;

leer, mediante unos medios de lectura (10), la señal eléctrica generada por cada uno de los transductores (5, 5', 5'') en respuesta a la modificación de una propiedad eléctrica o química del medio acuoso que forma la gota;

lavar la superficie de lectura (4) del dispositivo (1) y reutilizarlo para nuevas lecturas.

10. Procedimiento de lectura de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la gota de medio acuoso se añade antes de acercar los spots (8) del microarray (6) a los transductores (5, 5', 5'').

11. Procedimiento de lectura de un microarray (6) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la gota de medio acuoso se añade después de acercar los spots (8) del microarray (6) a los transductores (5, 5', 5''').

12. Procedimiento de lectura de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, caracterizado porque la operación de lectura se realiza durante todo el tiempo que cada gota de medio acuoso permanece en contacto con los spots (8) y transductores (5, 5', 5'').

13. Procedimiento de lectura de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, caracterizado porque la operación de lectura se realiza solamente una vez un tiempo predeterminado después de entrar las gotas de medio acuoso en contacto con los spots..

14. Procedimiento de lectura de un microarray (6) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-13, caracterizado porque la operación de lavar el dispositivo (1, 1', 1'') de lectura se efectúa inyectando una solución de limpieza mediante un medio de aplicación de gotas de medio acuoso.