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LOCAD-PTS Crédito de la imagen: NASA

Noviembre 16, 2006: Imagina esto: Estás en una misión a Marte, a mitad de camino de la Tierra, y no te sientes bien. Te duele la garganta cuando tragas, tu frente está caliente. No quieres enfermar o contagiar a tus compañeros. ¿Deberías tomar un antibiótico? Y si es así, ¿de qué clase?

Con un nuevo laboratorio biológico en un chip que se está desarrollando en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, en asociación con investigadores externos, podrías ser capaz de obtener la respuesta en tan solo cinco minutos.

El mini-laboratorio se conoce por las siglas LOCAD-PTS, que significa Sistema Portátil de Prueba y Desarrollo de Aplicación de un Laboratorio en un Chip. La última versión es un dispositivo manual programado para su lanzamiento este diciembre a bordo de la lanzadera de la misión de STS-116 para ponerlo a prueba en la Estación Internacional Espacial.

En la Tierra, el método más fiable de diagnóstico de enfermedades es tomar una muestra de fluido orgánico (exudado de garganta, o muestras de sangre u orina) y cultivarlos en placas de Petri con diferentes medios de cultivo en un laboratorio médico. El cultivo revela con seguridad si una infección es viral (la cual no responde a los antibióticos) o bacteriana o fúngica (que sí responderá). El cultivo también señala las especies y de esta manera, la clase de antibiótico más efectivo.

“Las llamadas bacterias gram-negativas, tales como E. Coli y Salmonela, responden a diferentes antibióticos que las bacterias gram-positivas, tales como estafilococos”, explica Ginger N. Flores, director del proyecto LOCAD en el Marshall.

Pero los cultivos pueden ser poco prácticos, sobre todo porque tardan dos o tres días en crecer – tiempo en que una persona podría estar muy enferma, de hecho. El LOCAD-PTS, en cambio, es rápido: “Produce resultados en 5 o 10 minutos”, dice Norman Wainwright, investigador principal del proyecto y director de investigación y desarrollo en los Laboratorios Charles River en Charleston, SC. “Y es muy sensible – puede detectar una única bacteria”.

El instrumento de alta tecnología depende de cuatro enzimas extraídas de las células sanguíneas de una de las criaturas vivientes más antiguas de la Tierra: el cangrejo cacerola. “El cangrejo cacerola, una especie que ha sobrevivido unos 300 millones de años, tiene un sistema inmunitario muy primitivo pero sensible”, continúa Wainwright. Una única bacteria puede ser suficiente para provocar enzimas en el sistema inmunitario del cangrejo, que coagula la sangre para cerrar una herida.

La extraordinaria sensibilidad de las enzimas y la rápida respuesta las hacen ampliamente útiles en la investigación médica para probar la efectividad de las drogas y los mecanismos. (Extraer un poco de sangre anualmente a los cangrejos cacerola, que son dejados después en libertad, no daña a las criaturas, y por tanto, no es aceptable un sustituto sintético).

Son las enzimas del cangrejo cacerola las que permiten que el LOCAD-PTS sea tan pequeño, sensible y rápido. Primero, se inserta una pequeña cantidad de enzimas en unos canales similares a tubos y se secan. Al introducir cualquier muestra líquida en los canales rehidrata las enzimas. Si las muestras incluyen bacterias, sus toxinas provocan las enzimas, que cambian el color del líquido – el grado del cambio de color depende del número de gérmenes.

Cangrejos cacerola en la playa. Crédito de la foto: Universidad de Delaware. [Más información.]

El conjunto del experimento previsto para volar en diciembre hará competir el LOCAD-PTS contra las tradicionales placas de Petri en una competición para ver cuál funciona mejor. Una vez a la semana durante seis semanas, los astronautas presionarán un pedazo pegajoso y flexible en una superficie expuesta, y luego limpiarán una corta distancia alrededor del pedazo. Cualquier bacteria que se adhiera a la esponja será introducida en el LOCAD-PTS, mientras que cualquier bacteria que se adhiera al pedazo pegajoso será cultivada. Unos días más tarde, las colonias de bacterias se contarán de manera tradicional.

Nota: Este procedimiento tiene la ventaja del hecho de que los humanos no son los únicos astronautas en el espacio: las superficies de la estación espacial, tales como paredes, suelos y las barras de cocina aquí en la Tierra, son ricas en bacterias (“un pequeño paso para un germen...”).

Por supuesto, Wainwright y Flores esperan que el LOCAD-PTS ganará la carrera por velocidad – pero ¿qué tal la precisión? Una gran duda es de qué forma comparará el LOCAD-PTS el análisis del tipo de bacteria, y cómo pueden calibrarse los cambios de color para el número de colonias bacterianas que crecen. “También queremos ver lo fácil y práctico que es el instrumento para que los astronautas lo manipulen en microgravedad”, añade Flores.

Aunque el LOCAD-PTS inicial sólo analizará las bacterias Gram-negativas, “planeamos también analizar las bacterias Gram-positivas, levaduras, mohos y ciertos químicos”.

Finalmente, si todo sale como hemos planeado, una muestra de la garganta de un astronauta que se sienta enfermo podría ser enviada a través de canales paralelos sobre una futura generación de LOCAD-PTS, y podría de hecho, dentro de unos minutos, aparecer con un diagnóstico como 'tomar dos Amoxicilinas y llamar por la mañana'.

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Autora: Trudy E. Bell