PLATAFORMA DE NANOSENSORES Y BIONANOINSUMOS PARA DIAGNÓSTICO POC DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS (NANOPOC)
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PLATAFORMA DE NANOSENSORES Y BIONANOINSUMOS PARA DIAGNÓSTICO POC DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS (NANOPOC) Fondo Sectorial FSNano 2010 Objetivo General Aplicar la nanotecnología al desarrollo de una plataforma tecnológica para la detección “point-of-care” (POC) de enfermedades de importancia en seres humanos y animales Generación de Innovación Formación de RRHH Facilidades de Micro y Nano Fabricación a Terceros Plataforma Nano para diagnó diagnóstico POC Composición Dinámica Objetivo General Alto Impacto Social Alto impacto tecnológico Desarrollo de una Amplia Gama de Productos Introducción de NT en el sector productivo Asociación P+P Plataforma NANO POC Formación de RRHH multidisciplinarios Nuevas herramientas para política sanitaria Organización del CAPP Tratamiento de los derechos de Propiedad Intelectual (PI) - Desarrollos previos al CAPP: PI compartida entre INTI y UNSAM (convenio existente). - Desarrollos dentro del CAPP: PI compartida entre los miembros del consorcio. Conformación del CAPP: - Presidente: director del proyecto (INTI) - Un director por UNSAM - Un director por AGROPHARMA - Un director por Biochemiq - Un director por AADEE S.A. - Un RAP (FIIB) Objetivo específico • Desarrollar plataformas versátiles de detección de enfermedades que puedan ser utilizadas localmente. Centro de Atención Primaria en Formosa Atención de pueblos originarios en Chaco ¿Por qué Nano-Micro-Bio? La Nanotecnología permite obtener alta sensibilidad aún con pequeñas cantidades de muestra La Microtecnología permite la fabricación de detectores portátiles, robustos y de bajo costo aún en series cortas de producción La Biotecnología permite la detección de una gran variedad de patógenos con alta especificidad Características Generales Diagnóstico rápido y en paralelo de múltiples agentes infecciosos Identificación inequívoca del tipo y subtipo de patógeno Seguimiento preciso de la enfermedad y pronóstico Detección rápida y mejor respuesta frente a brotes epidémicos Mejora de la competitividad frente a sistemas vigentes ¿Por qué sistemas de diagnóstico POC? Desarrollo de la Plataforma Fase I: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico Rápido basado en la utilización de nanopartículas magnéticas y detección electroquímica. Fase II: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico POC basado en Lab-on-a-Chip electroquímicos y minifluorimétricos Fase III: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico POC basado en MEMS- MOEMS utilizando NPM y marcadores fluorescentes Vinculación entre Actores del Consorcio Modos de Medición Detecció Detección Electroquí Electroquímica Con NPM Imán Detecció Detección Electroquí Electroquímica Con Electrodo Funcionarizado Detecció Detección Fluorimé Fluorimétrica con NPM Detecció Detección Electroquí Electroquímica con Electrodo Funcionalizado H2O2 H2 O HRP Red Ox Red Ag e- Au Detección Electroquímica mediante nanopartículas magnéticas 0.00 a b i / µA -0.25 -0.50 -0.75 c -1.00 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 E/ V -0.05 0.00 Detecció Detección Electroquí Electroquímica Con NPM 1) Suero Reducido 2) Lavados Oxidado 3) Anticuerpo Secundario Reducido 4) Lavados 5) Medició Medición Electroquí Electroquí mica Corriente (I) vs Tiempo (t) 0 0 10 20 30 40 50 60 Corriente (uA) -0,5 -1 -1,5 -2 e-2,5 Tiempo (s) H2O2 H2 O Antecedentes Nanocomponentes Inmunosensores Inmunodiganósticos Antecedentes Desarrollo de Nanocomponentes SiO2/maghemita Alginato/Maghemita Nanoflores Au/Maghemita Prueba de concepto de prototipado Antecedentes Cubetas de procesamiento de las muestras Celdas de medición electroquímica Procesamiento de las muestras Medición de las muestras 1er Prototipo Funcional Diagrama del Lab-on-a-Chip Fluídica integrada Manipulación de NP: Desplazamiento por magneto y dielectroforesis, concentración electromagnética MEDICIÓN LAVADO ANTIGENO SUERO LAVADO BUFFER Diagrama del Lab-on-a-Chip Fase II Fluídica integrada Manipulación de NP: Desplazamiento por magneto y dielectroforesis, concentración electromagnética MEDICIÓN LAVADO ANTIGENO SUERO LAVADO BUFFER Microbobinas:microconcentrador magnetico de NP Moldeo de los microcanales en SU-8 Die 5mm2 Detalles las bobinas y los microcanales Microbobina de Al sobre Si+SiO2 5µm x 100nm Diagrama del MOEMS espectroscópico Fase III Diseño del MEMS Fotodetector Sintonizador MEMS Cartucho con Microfluídica Estado inicial Estado estresado Fuente de luz Colector de luz Diagrama del MOEMS espectroscópico Diseño del MEMS Fotodetector Sintonizador MEMS Cartucho con Microfluídica Estado inicial Estado estresado Fuente de luz Colector de luz Enfermedades Detectadas Enfermedades Virales Enfermedades Bacterianas Enfermedades Parasitarias Virus Aftosa Brucella abortus Trypanosoma cruzi Fiebre Aftosa Brucelosis Enfermedad de Chagas 120 120 100 100 80 80 % PP 100 % PP 60 60 40 40 40 Antíígeno: 3ABCAnt 3ABC-C163A Antíígeno: AcrAAnt AcrA-AgO Sueros: 270 (Negativos), 9 (Positivos), 252 (Vacunados) Sueros: Prueba experimental de infecció infecci ón y vacunació vacunación Fase: Validació Validación Fase: Validació Validación Antígenos: Ag1, TSSA, Antí SAPA, Ag13, Ag36 Sueros: 32 (Negativos), 36 (Positivos) Fase: Validació Validación Ag36 Ag13 SAPA Ag1 Ag36 Ag13 TSSA Positivo V ac un a do vo Po si ti o N eg at iv Negativo V ac un ad os os Po sit iv eg at iv os TSSA Ag1 0 0 0 N 20 20 20 60 SAPA % PP 80 Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección fluorométrica Sueros animales infectados % de la señal con respecto al control positivo 160 Sueros animales no-infectados Sueros animales vacunados 140 120 100 80 60 40 20 0 1260 1259 1258 1257 1256 6 2 1 0 915 107964.8 107964.5 107964.3 107964.2 107680.6 107680.3 4 752 325 Den ominación del suero Cut-off (media + 3DS): 50 % Sensibilidad (S): 100 % Especificidad (E): 99,2 % Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección electroquímica Sueros animales infectados Sueros animales no-infectados Sueros animales vacunados 140 120 100 80 60 40 20 0 1260 1259 1258 Denominación de l suero 1257 1256 6 2 1 0 915 4 752 -20 325 % de la señal con respecto al control positivo 160 Diagnóstico Brucelosis Humana Diagnóstico Brucelosis Bovina Diagnóstico Síndrome Urémico Hemolítico: EHEC O157 Diagnóstico de Enfermedad de Chagas En nombre del grupo de trabajo NANOPOC Gracias!!! Factibilidad comercial De la evaluación comercial efectuada surgen dos mercados potenciales para las Plataformas de Diagnóstico POC: Mercado de Salud Humana Mercado de Sanidad Animal Dentro de cada uno de los dos mercados se identificaron varios segmentos y nichos de mercado potenciales Mercado potencial en Salud Humana MERCADO POTENCIAL SEGMENTOS DE MERCADO POTENCIALES NICHOS DE MERCADO POTENCIALES Centros de Atención de la Salud Centros de Atención Primaria de la Salud Laboratorios Laboratorios de Hospitales Públicos y Laboratorios Privados Pequeños / Medianos Salud Humana - La dimensión del mercado potencial en Salud Humana es de $37.200.000. - Esta cifra surge de tomar en cuenta un valor de venta estimado para las Plataformas de Diagnóstico POC de U$S1.500 cada una; un tipo de cambio $/U$S 4,00 y una cantidad de unidades igual a la cantidad de CAPS (Centros de Asistencia Primaria de la Salud) en el país (6.200). Mercado potencial en Sanidad Animal - La dimensión del mercado potencial en Sanidad Animal es de $330.000.000. MERCADO POTENCIAL SEGMENTOS DE MERCADO POTENCIALES NICHOS DE MERCADO POTENCIALES Sanidad Animal Privada Empresas / Productores Sanidad Animal Pública Centros de Zoonosis y Bienestar Animal Sanidad Animal - Esta cifra surge de tomar en cuenta un valor de venta estimado para las Plataformas de Diagnóstico POC de U$S1.500 cada una; un tipo de cambio $/U$S 4,00 y una cantidad de unidades igual a la cantidad de Grandes Explotaciones Agropecuarias con Ganado Bovino (unidades con más de 500 cabezas) más 2.000 Centros de Zoonosis y Bienestar Animal en el país. Año 2 Año 1 1er 2do Sem. Sem. 1er Sem. 2do Año 3 Sem. 1er 2do Sem. Año 4 Sem. 1er 2do Sem. Sem. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 FASE 1 FASE 2 22 23 24 FASE 3 25 Reunión CAPP 26 27 Equipo CAPP Muchas Gracias!! Plataforma NANO POC Antecedentes Pruebas de concepto Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección fluorométrica Sueros animales infectados Nanoparticula SPM % de la señal con respecto al control positivo 160 Sueros animales no-infectados Sueros animales vacunados 140 120 100 80 60 40 20 0 1260 1259 1258 1257 1256 6 2 1 0 915 107964.8 107964.5 107964.3 107964.2 107680.6 107680.3 4 752 325 Denominación del suero Cut-off (media + 3DS): 50 % Sensibilidad (S): 100 % Especificidad (E): 99,2 % Antecedentes Pruebas de concepto Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección electroquímica Sueros animales infectados Sueros animales no-infectados Sueros animales vacunados Nanoparticula SPM 140 120 100 80 60 40 20 0 1260 1259 1258 Denominación de l suero 1257 1256 6 2 1 0 915 4 752 -20 325 % de la señal con respecto al control positivo 160 1085 / Post-v acunac ión ∆pgm 1075 / Post-v acunac ión ∆pgm 1113 / Post-v acunac ión ∆pgm 1085 / Pre-v acunac ion ∆pgm 1075 / Pre-v acunac ion ∆pgm Animal N° / Status 1113 / Pre-v acunac ion ∆pgm 1093 / Post-v acunac ión S19 1110 / Post-v acunac ión S19 1086 / Post-v acunac ión S19 1093 / Pre-v acunac ion S19 1110 / Pre-v acunac ion S19 1086 / Pre-v acunac ion S19 23 / Pos t-infec cion 2308 23 / Pre-Infeccion 2308 56 / No-infectado Blanco Nanoparticula SPM 5000 4000 3000 2000 1000 0 Unidades de fluorescencia Antecedentes Pruebas de concepto Diagnóstico de Brucelosis bovina Antecedentes Pruebas de concepto 23625 25000 21891 20000 14197 15000 9714,5 10000 7175,5 5000 209 72 Nanoparticula SPM 2711,5 oin f 12 13 12 86 11 49 13 14 11 43 ec ta do la nc o B N Tw ee n 1% 0 PB S Unidades de fluorescencia Diagnóstico de Brucelosis humana Detección Electroquímica mediante nanopartículas magnéticas 0.00 a b i / µA -0.25 -0.50 -0.75 c -1.00 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 E/ V -0.05 0.00 Aportes de cada una de las partes que conforman el Consorcio Asociativo Público Privado (CAPP) • INTI: desarrollo y prototipeado de plataformas biosensoras • IIB-UNSAM: producción de antígenos recombinantes. Desarrollo, puesta a punto y validación de nuevos y mejores métodos de diagnóstico. • PYMES electrónicas: adaptación, fabricación y comercialización de plataformas biosensoras (AADEE S. A) • PYMES biotecnológica: producción, comercialización y distribución de los insumos biológicos de la plataforma de diagnóstico (AGROPHARMA y BIOCHEMIQ). Antecedentes INTI – E & I Microfabricación del Lab on a Chip INTI – PS Síntesis NP Desarrollo el método de medición INMUNO – BIO SENSOR Conformación del grupo de trabajo UNS Circuito Integrado - Potenciostato UNSM-IIB Producción de Proteínas recombinantes Convenio INTI-IIB (año 2008) Nanoparticula SPM Enfermedades Detectadas Antecedentes Diagnóstico de Enfermedad de Chagas Instituciones INTI (Procesos Superficiales y Electrónica e Informática): aportará sus capacidades y medios técnicos en las áreas de síntesis y caracterización de nanopartículas funcionalizadas, de sistemas electroquímicos de microelectrodos y ultra microelectrodos funcionalizados con monocapas autoensambladas; informática; diseño, fabricación y caracterización de microsistemas basados en silicio; tratamiento de materiales, superficies y recubrimientos El IIB-UNSAM aportará sus capacidades y medios técnicos en las áreas de desarrollo de proteínas recombinantes y sistemas de diagnóstico; así como de el estudio de agentes patógenos Empresas AGROPHARMA: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para la producción de los antígenos recombinantes a escala piloto, más su conocimiento y capacidades para la producción, comercialización y distribución de los futuros insumos biológicos de la plataforma de diagnóstico. AADEE S.A.: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para el desarrollo y producción de los inmunobiosensores derivados del proyecto. Biochemiq S.A.: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para la producción de los bionanoinsumos necesarios para Los ensayos piloto y posterior producción de los sistemas inmunobiosensores. Detecció Detección Fluorimé Fluorimétrica 1) Suero 2) Lavados 3) Anticuerpo Secundario 4) Lavados 5) Medición Fluorescencia Excitación Emisión Micro red de difracción sintonizada por estrés mecánico Principio de funcionamiento: • • • • • Paso de la red variable. La red es actuada por estrés mecánico. El estrés mecánico es manejado por un MEMS actuador controlado por tensión. Las señales fluorescentes son escaneadas en frecuencia. La introducción de tensiones alternas en el actuador, permite el escaneo de las señales fluorescentes en el tiempo. Adquisición de datos espectrales Características y fabricación de la micro red La micro red es una estructura ondulada y ordenada, la cual se consigue depositando un nano film rígido sobre un sustrato elastomérico pretensado (pasos 1, 2 y 3). Ejemplo de aplicación: Espesor del PDMS .....…...1mm Espesor del film Au/Pd …10 nm Pretensión en PDMS ……..30% Permiten obtener un ondulado micrométrico característico para la red con 85 nm de excursión en sintonía del espectro
