La División de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería y el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) organizaron la conferencia Opto-Microfluidics for Molecules, Cells and Organisms del doctor Hyundoo Hwang, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del ITESM, sobre los desarrollos y avances que en microtecnología han permitido la creación de pequeños laboratorios integrados a un microdispositivo.

Describió varias ventajas: requieren de una cantidad pequeñas de muestra, menores tiempos de respuesta y son portátiles; pueden ser utilizados en numerosas aplicaciones, desde estudios médicos para examinar los fluidos del cuerpo humano, como sensor de control de calidad en procesos productivos y en ingeniería ambiental para determinar la concentración de contaminante. Sobre las aplicaciones enlistó los cinco ejes principales, que se desarrollan en el Laboratorio de Hwang del ITESM: Lab-on-a-Display, Lab-on-a-Disc, Cell-on-a-Chip, Animal-on-a-Chip y Nano for Energy.

Lab-on-a-Display

En estas aplicaciones se busca manipular y programar partículas o células que juega un papel importante en muchas funciones biológicas o médicas. Dichas partículas son manipuladas por fuerzas electrocinéticas inducidas ópticamente generadas a partir de unas pinzas optoelectrónicas en una pantalla de cristal líquido, las cuales una plataforma optoelectrofluídica, utilizada en desarrollos móviles de biotecnológicas, para manejar diversos tipos de células, tales como: sanguíneas y bacterias.

Towards all Optical Systems for Biochemical Analysis, Optically-induced Electro Kinetics for Micromanipulation, Interactive Manipulation of Microparticles, Selective Concentration of Microparticles With Light y Optoelectrofluidic Manipulation of BiologicalSamples, son algunos proyectos realizados.

Lab-on-a-Disc

Son dispositivos en forma de disco que tienen varios componentes de un laboratorio: reactores, balanza analítica, Rotador serológico, mezcladores, sensores, entre otros; se integran en una aplicación de nanotecnología en áreas como salud, farmacéutica y ciencias de la química.

El doctor reveló que en su investigación Fully Integrated Centrifugal Microfluidic Platforms es un laboratorio sobre un disco que funciona totalmente automatizado para la detección simultánea de biomarcadores de proteínas múltiples en muestras crudas, como sangre o saliva total. Para el diagnóstico de enfermedad cardiovascular, se diseñó una nueva disposición microfluídica centrífuga para realizar la detección simultánea de proteína C reactiva de alta sensibilidad, troponina I cardiaca y péptido natriurético tipo N-terminal pro-B basado en perlas tipo inmunoenzimático (ELISA). Tres cámaras de reacción están inicialmente interconectadas para los procesos comunes: inyección de muestras, incubación y lavado. Luego se aíslan a petición para los procesos independientes: incubación del sustrato y detección final.

En este mismo campo, se han llevado a cabo otros proyectos: Multiplexed Immunoassays of Cardiac Markers (Análisis Químico, 2012), On-Disc Isolation of Circulating Tumor Cells, Simultaneous Determination of Nutrients in Seawater (Análisis Químico, 2013), To Transfer Electric Poweronto a Rotating Disc, entre otros.

Biology-on-a-chip

Los laboratorios de nano biosistemas son instrumentos automatizados miniaturizados y de alto rendimiento para recopilar datos cuantitativos a gran escala sobre sistemas biológicos complejos de células de animales, se dividen en tres: Cell-on-a-Chip: nano/dispositivos microfluídicos para el análisis de célula única de alto rendimiento; Organ-on-a-Chip: plataformas de co-cultivo multicelulares 3D imitando la estructura y función de los órganos humanos y Animal-on-a-Chip: implica la utilización de animales con el objeto de estudiar el sistema microfluídico integrado.

Cell-on-a-Chip

Crean nuevas oportunidades para el control espacial y temporal del crecimiento celular y los estímulos combinando que imitan bioquímicas complejas y geometrías de la matriz extracelular con canales microfluídicos que regulan el transporte de fluidos y factores solubles. Una mayor integración con los microsistemas bioanalítico da lugar a plataformas multifuncionales para las penetraciones biológicas básicas en células y tejidos, así como para los sensores celulares con funciones bioquímicas, biomédicas y ambientales.

"El cáncer de mama sigue siendo una enfermedad desafiante con una alta mortalidad en las mujeres. El aumento de la evidencia señala la importancia de entender una diafonía entre los cánceres de mama y las células inmunitarias, pero se sabe poco sobre el efecto de los factores derivados del cáncer de mama sobre las propiedades migratorias de las células dendríticas y su consiguiente capacidad de inducir respuestas inmunes de células T. Utilizando un dispositivo microfluídico 3D único, hemos demostrado que los factores solubles derivados del cáncer de mama aumentan la migración de DC hacia CCL19", definió el doctor Hwang.

Además, comentó otras investigaciones en esta área, como: Multilevel Microfluidic Device for 3D Cell Culture, Cell Signaling: Ovarian Cancer Chemotaxis, Dendritic Cell, The Sentry Guards of the Immune System, Cell to Cell Communication: Immune-Cancer Systems Y Breast Cancer Suppress the CCR7 Expression, but Facilitate CCL19-Meduated Chamotaxis of DCs

Organ-on-a-Chip

"Es un chip de cultivo de células microfluídicas multicanal que simula las actividades, la mecánica y la respuesta fisiológica de órganos y sistemas de órganos enteros, es decir, como si fuera un órgano artificial. Constituye el objeto de una importante investigación en ingeniería biomédica. La convergencia de los laboratorios sobre los chips y la biología celular ha permitido el estudio de la fisiología humana en un contexto específico de órganos, introduciendo un nuevo modelo de organismos humanos multicelulares in vitro", informó el también egresado del KAIST, Korea Advanced Institute of Science and Technology.

Animal-on-a-chip

Conjunto de herramientas que han avanzado en algunas áreas de la investigación biológica, incluida la investigación utilizando gusanos Caenorhabditis elegans, mejor conocidos como C. elegans. Hoy en día, hay muchos ejemplos que demuestran las principales ventajas del uso de la microfluídica para la investigación de estos animales, logrando condiciones ambientales precisas y facilitando el manejo de gusanos. Los ejemplos van desde el análisis conductual bajo estímulos químicos, de olor preciso o estudios de locomoción en entornos definidos.

Los gusanos C. elegans son pequeño organismo que presentan varias ventajas, a saber: homología genética, rápida reproducción y proliferación, facilidad de manipulación genética, transparencia óptica y reproducción hermafrodita.

Son varias las investigaciones que en esta disciplina ha desarrollado el doctor Hwang: Microfluidic Device for High-throughput Worm Analysis, Optogenetic Muscle Contraction Assays, Quantitative Parameters for Mutant Animals, Functional Relationship Among the Sarcomeric Components, e Imaging Muscle Kinase Activity in a Freely Moving Animal, por mencionar algunas.

Nano For Energy

En las últimas décadas, los campos de científicos y tecnológicos han buscado nuevos y mejores tipos de tecnologías energéticas. Con el fin de dar un salto, los científicos y los ingenieros han estado desarrollando aplicaciones de nanotecnología para la generación de energía. Ejemplos de esto son Triboelectric Nanogenerators (KAIST), The Firs Carbon-Based Triboelectric Nanogenerator (KAIST) e Irvine School of Medicine de la Universidad de California, Metal-Assisted Fabrication of Nanoporous Carbon y Triboelectric Nanogenerator Based on Nanoporous Carbon (Georgia Tech), proyectos desarrollados por el doctor Hwang.

Finalmente, invitó a los estudiantes de la Facultad a que realicen investigaciones en estos campos y se acerquen al Laboratorio de Hwang, en el que se tienen estas líneas de investigación y "estamos en buscando maestrantes y posgraduados que sean de mente abierta, activos, aventureros, autodidactas y automotivados. Para lo cual, se requiere formación en las ingenierías biomédica, química, eléctrica o mecánica, biología celular/molecular o física experimental. Los interesados deben enviar un currículo vitae actual y líneas de investigación ahwang@itesm.mx".

Este evento fue coordinado por la doctora Laura Adriana Oropeza Ramos, profesora de la División de Ingeniería Eléctrica.