Aplicaciones de los Microarrays y Biochips en Salud Humana

Aplicaciones de
los Microarrays y Biochips
en Salud Humana
Informe de Vigilancia Tecnológica
Aplicaciones
de los Microarrays
y Biochips en Salud
Humana
Informe de Vigilancia
Tecnológica
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS
Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
El presente informe de Vigilancia Tecnológica ha sido
realizado en el marco del convenio de colaboración
conjunta entre Genoma España y la Fundación General
de la Universidad Autónoma de Madrid (FGUAM), entidad
que gestiona el Círculo de Innovación en Biotecnología
(CIBT), perteneciente al Sistema de Promoción Regional
de la Innovación MADRID+D.
Genoma España y la Fundación General de la Universidad
Autónoma de Madrid (FGUAM) agradecen la colaboración
ofrecida a:
– Dr. Carlos Briones (CSIC-CAB-INTA)
– Dra. Ana Dopazo (CNIC)
La reproducción parcial de este informe está autorizada
bajo la premisa de incluir referencia al mismo, indicando:
Aplicaciones de los Microarrays y Biochips en salud
humana. GENOMA ESPAÑA/CIBT-FGUAM.
Genoma España no se hace responsable del uso que se
realice de la información contenida en esta publicación.
Las opiniones que aparecen en este informe
corresponden a los expertos consultados y a los autores
del mismo.
© Copyright: Fundación Española para el Desarrollo
de la Investigación en Genómica y
Proteómica/Fundación General de la Universidad
Autónoma de Madrid.
Autores: Marta López (CIBT)
Paloma Mallorquín (CIBT)
Miguel Vega (Genoma España)
Edición: Silvia Enríquez Encinas (Genoma España)
Referencia: GEN-ES06001
Fecha: Noviembre 2005
Depósito Legal: M-10639-2006
ISBN: 84-609-9226-8
Diseño y realización: Spainfo, S.A.
4
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Índice de contenido
• RESUMEN EJECUTIVO
7
• OBJETIVOS DEL INFORME
8
1. INTRODUCCIÓN
9
2. MICROARRAYS DE ADN
9
2.1. Diseño de un microarray de ADN
2.1.1. Tipos de sondas en microarrays de ADN
2.1.2. Tecnologías de inmovilización de las sondas y tipos de soporte
en microarrays de ADN
2.1.3. Tecnologías de fabricación de microarrays de ADN
2.1.4. Técnicas de detección de la hibridación en microarrays de ADN
2.1.5. Sistemas de amplificación de la señal de hibridación del ADN
2.2. Tipos de microarrays de ADN
2.2.1. Resecuenciación génica
2.2.2. Análisis de la expresión Génica
2.2.3. Genotipado de SNPs
2.2.4. Hibridación genómica comparada
3. MICROARRAYS DE PROTEÍNAS
3.1. Diseño de un microarray de proteínas
3.1.1. Tipos de soporte de microarrays de proteínas
3.1.2. Tipos de formato de microarrays de proteínas
3.1.3. Técnicas de detección de la señal en microarrays de proteínas
3.2. Tipos de microarrays de proteínas
3.2.1. Microarrays de identificación y cuantificación de proteínas
3.2.2. Microarrays de función e interacción de proteínas
3.2.3. Microarrays de screening inverso de proteínas
4. MICROARRAYS DE CARBOHIDRATOS
4.1. Diseño de un microarray de carbohidratos
4.1.1. Síntesis de oligosacáridos
4.1.2. Aislamiento de oligosacáridos de fuentes naturales
4.1.3. Inmovilización de los carbohidratos
4.2. Aplicaciones de los microarrays de carbohidratos
5. MICROARRAYS DE CÉLULAS
9
10
10
12
15
16
19
20
21
23
23
24
25
26
28
31
33
33
36
37
38
39
39
39
40
40
41
5
6. MICROARRAYS DE TEJIDOS
43
7. APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS EN SALUD HUMANA
46
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
Identificación de dianas terapéuticas
Descubrimiento y desarrollo de fármacos
Diagnóstico clínico
Farmacogenómica y farmacogenética
Investigación básica
46
47
48
49
50
8. BARRERAS EXISTENTES PARA LA IMPLANTACIÓN DE LOS MICROARRAYS
52
9. PERSPECTIVAS DE MERCADO DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS
EN SALUD HUMANA
54
10. SITUACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN ESPAÑA
EN EL ÁREA DE MICROARRAYS APLICADOS A LA SALUD HUMANA
56
11. CONCLUSIONES
59
GLOSARIO
60
ANEXOS
62
ANEXO I. Principales aplicaciones de los microarrays disponibles comercialmente
ANEXO II. Empresas españolas que operan en el área de microarrays
ANEXO III. Empresas españolas que desarrollan productos de bioinformática aplicados
a microarrays
ANEXO IV. Proyectos de investigación españoles relacionados con tecnologías de microarrays
ANEXO V. Patentes recientes en Microarrays
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6
62
72
76
78
89
90
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Resumen ejecutivo
Los microarrays de ADN surgen de la necesidad de
A pesar de que los microarrays de ADN se han
analizar la cantidad de información procedente de los
convertido en una herramienta esencial para el
grandes proyectos de secuenciación de genomas1,2.
análisis de expresión génica y la secuenciación del
Estas herramientas de estudio de la información
ADN, la información que arrojan éstos no es
genética vienen empleándose en dos aplicaciones
suficiente para comprender los procesos
fundamentales, la secuenciación o genotipado del
relacionados con los efectores últimos de una
ADN y el análisis de la expresión génica.
multitud de mecanismos celulares: las proteínas.
La estimación de la concentración de proteínas a
La determinación de la variación en las secuencias
través del ARNm traducido no suministra una
de ADN humano mediante microarrays permite
información precisa sobre las proteínas
entre otras cosas identificar la huella genética de
sintetizadas correctamente ni sobre su
la predisposición a padecer diferentes
funcionalidad.
enfermedades. Por otro lado, el empleo de
microarrays de ADN en estudios de la expresión
Los microarrays de proteínas permiten la
génica está permitiendo la identificación y
detección, caracterización y cuantificación de las
validación de manera mucho más rápida de genes
proteínas así como el estudio de su función y sus
como potenciales dianas terapéuticas. Los
interacciones tanto entre diferentes proteínas
patrones o perfiles de expresión génica se pueden
como con otras moléculas como ADN o lípidos. Es
estudiar desde dos puntos de vista: mediante el
por ello que los microarrays de proteínas son una
análisis de la expresión específica de los genes en
herramienta fundamental de la Proteómica y
los tejidos, o bien a través del estudio en las
poseen un enorme potencial en cuanto a su
alteraciones del nivel de expresión en una
aplicación en diagnóstico molecular o desarrollo
determinada situación fisiológica o patológica con
de fármacos.
el objetivo de identificar los genes implicados.
El estudio a gran escala de los carbohidratos y
La combinación de los datos obtenidos a través de
sus interacciones con proteínas juega un papel
la secuenciación del ADN junto con la información
destacable en biología celular y medicina, ya que
obtenida del estudio de perfiles de expresión
los carbohidratos están involucrados en la
génica, permite establecer una correlación entre
interacción de los patógenos con su organismo
el genotipo y el fenotipo de un determinado
hospedador, procesos de desarrollo, transducción
individuo en una situación concreta. El resultado
de señales e inflamación. El empleo de
de esta combinación está resultando de enorme
microarrays en el análisis de carbohidratos es otra
importancia en estudios de farmacogenómica, así
posible expansión de estas herramientas al
como en el desarrollo de la medicina
análisis de alto rendimiento de moléculas
personalizada.
diversas.
1
2
http://www.sanger.ac.uk/HGP/
http://www.tigr.org/tdb/
7
Objetivos del informe
El objetivo del presente informe consiste en
realizar una actualización de los últimos
desarrollos llevados a cabo en las tecnologías
relacionadas con los microarrays y biochips, así
como de sus aplicaciones en salud humana. Este
documento pretende ser una revisión del informe
de Vigilancia Tecnológica en Microarrays y
Biochips de ADN publicado por Genoma España
en el año 2002, incluyéndose en esta ocasión
microarrays y biochips de otras biomoléculas
como proteínas y microarrays de células y tejidos.
Por otra parte, se ha realizado un estudio acerca
de las perspectivas de las tecnologías clave
relacionadas con microarrays y biochips en
España, para lo cual se ha hecho una revisión de
los grupos de investigación que en la actualidad
están trabajando en el desarrollo de estas
herramientas de análisis. Por último, con el
objetivo de evaluar las limitaciones tecnológicas y
prácticas del empleo de microarrays y biochips en
salud humana, se ha recurrido a la recopilación
de información por medio de cuestionarios por
parte de diversos expertos en la materia.
8
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
1. Introducción
Como consecuencia de la disminución progresiva
del coste de los microarrays en los últimos años,
se ha producido una integración de esta
tecnología como herramienta fundamental de la
biomedicina y del proceso de desarrollo de
fármacos. El empleo de microarrays en estudios
de genómica funcional tiene numerosas
aplicaciones de entre las que se pueden destacar
la determinación de perfiles de expresión génica,
la selección de biomarcadores, la
farmacogenómica, la toxicogenómica, la
identificación de genes marcadores pronóstico de
enfermedades y la clasificación de tumores.
2. Microarrays de ADN
Los microarrays de ADN son colecciones de
moléculas de ADN inmovilizadas sobre un soporte
en localizaciones conocidas, empleados para el
estudio de la secuencia de genes conocidos,
o bien para determinar los niveles de expresión
genética de un tipo celular o tejido.
2.1. Diseño de un microarray
de ADN
A la hora de fabricar un microarray, existen
determinados elementos que tendrán una
importancia crucial en función de las aplicaciones
deseadas:
Puntos clave en la fabricación de un microarray
• Elección de la sonda.
• Elección del soporte.
• Tecnología de inmovilización de la sonda.
• Técnica de fabricación del array.
• Método de detección de la hibridación.
• Sistemas de amplificación de la señal/sonda.
• Sistemas de análisis e interpretación de la señal.
9
2.1.1. Tipos de sondas empleadas
en los microarrays de ADN
nucleotídicas están unidas a un esqueleto de tipo
peptídico en lugar del típico esqueleto de
fosforribosas del ADN. Estas sondas son de gran
“Sonda” es el término que se emplea comúnmente
para definir un fragmento de ADN o ARN de
secuencia conocida, el cual se emplea en ensayos de
hibridación para identificar secuencias idénticas o
similares en una mezcla compleja de ácidos
nucleicos. Las sondas también pueden consistir en
anticuerpos que son utilizados en las técnicas de
3
detección de proteínas específicas . En el caso de los
utilidad en los microarrays de ADN ya que los
híbridos que se forman entre las sondas de PNA y
el ADN que se analiza poseen una estabilidad
térmica superior a los dúplex de ADN-ADN,
además de cierta insensibilidad a la fuerza iónica
debido a la carga neutra del PNA. Por otra parte,
los dúplex que presentan desapareamientos de
una sola base son menos estables que sus
microarrays de ADN, el material biológico que se
correspondientes híbridos de ADN-ADN, lo que les
emplea como sonda puede consistir en moléculas de
hace particularmente adecuados para detectar
ADN, ARN o PNA, que se inmovilizan sobre el
mutaciones en una sola base nucleotídica o SNP
soporte del array e hibridan con la muestra de ADN
(Single Nucleotide Polymorphism)4.
a analizar denominada “diana”.
• Sondas de ADNc
• Sondas de oligonucleótidos
Además de oligonucleótidos de ADN o PNA,
Las sondas comúnmente empleadas en los
también es posible emplear ARNm de genes
microarrays de ADN consisten en oligonucleótidos
concretos como sonda de hibridación, aunque
de cadena sencilla de ADN, que pueden
debido a su baja estabilidad es necesario realizar
sintetizarse in situ o bien depositarse sobre el
una transcripción inversa para obtener un ADN
soporte mediante diferentes técnicas de
copia (ADNc) de mayor estabilidad.
inmovilización. Estas sondas suelen ser lineales y
con longitud comprendida entre los 11 y 50
nucleótidos. Recientemente, el empleo de
horquillas de oligonucleótidos está empezando a
tomar relevancia debido a su mayor estabilidad,
mejor índice de hibridación y mayor afinidad por
los agentes de captura, que se traduce en una
2.1.2. Tecnologías de inmovilización
de las sondas y tipos
de soporte en microarrays
de ADN
señal de mayor intensidad.
La deposición de las sondas es un paso
• Sondas de PNAs
fundamental a la hora de diseñar un microarray
de ADN, y está directamente relacionado con la
Los ácidos nucléicos peptídicos (PNAs) son
elección del soporte y la técnica de fabricación del
moléculas artificiales con características híbridas
array. Existen tres factores que han de tenerse en
de ácidos nucleicos y peptídicos, donde las bases
cuenta en la inmovilización de las sondas:
Puntos clave en la inmovilización de sondas de ADN
• La química empleada en la inmovilización ha de ser estable durante las diferentes etapas del
experimento.
• Las sondas han de permanecer funcionales después de su inmovilización.
• Las sondas han de ser inmovilizadas con una orientación y configuración apropiada de manera que
no se entorpezca el emparejamiento de bases.
3
4
Glosario de términos genéticos. Universidad de Murcia, Dpto. Bioquímica, Biología Molecular e Inmunología
(http://www.um.es/bbmbi/AyudasDocentes/Glosario/Glosario/index.htm).
Campas, M.; Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
Chemistry. Vol. 23(1): 49-62.
10
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Las tecnologías de inmovilización de sondas sobre la superficie de microarrays de ADN son muy
diversas, como se muestra en la tabla 1. Las monocapas autoensambladas5 constituyen una de las técnicas
que más aceptación ha tenido en los últimos años debido a su simplicidad, eficiencia y bajo coste. Las
principales tecnologías de inmovilización de sondas se recogen en la siguiente tabla:
PRINCIPALES MÉTODOS DE INMOVILIZACIÓN DE SONDAS
Método
Orientación
de la sonda
Accesibilidad
Ventajas
Desventajas
Retención en
matriz polimérica
Al azar
Baja
Gran cantidad
de sondas
Requiere tratamiento de
superficie.
Bajos índices de hibridación
Unión covalente
Ordenada
Alta
Gran
estabilidad
Requiere tratamiento de
superficie.
Bajos índices de
inmovilización
Alta
Posible control
de la densidad
de la sonda
Requiere tratamiento de
superficie.
Posibles interacciones
inespecíficas.
Bajos índices de
inmovilización
Requiere tratamiento de
superficie.
Bajos índices de
inmovilización
Silanizaciónunión covalente
Ordenada
Afinidad
(biotinaestreptavidina)
Ordenada
Alta
Gran
estabilidad.
Sencillez
Adsorción
Al azar
Baja
Sencillez
Bajos índices de hibridación
Inclusión en un
composite6
Al azar
Baja
Posible unión
ordenada
Bajos índices de hibridación
Alta
Sencillez.
Posible control
de la densidad
de la muestra
Posibles interacciones
inespecíficas
Alta
Posible control
de la densidad
de la muestra
Requiere tratamiento de
superficie.
Bajos índices de
inmovilización
SAMs directo7
(la propia sonda
se inmoviliza
formando una
monocapa)
SAMs indirecto (la
sonda se une a
SAM de otro
material
previamente
formado)
Ordenada
Ordenada
Tabla 1. Principales métodos de inmovilización de sondas.
Fuente: Campàs, M. & Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
chemistry. Vol. 23(1): 49-62 (SAM: Self-Assembled Monolayer o monocapa autoensambladas).
5
6
7
Las monocapas autoensambladas (self-assembled monolayers o SAMs) se forman a partir de la organización espontánea
de moléculas con ciertos grupos funcionales, principalmente grupos tiol, sobre la superficie de un metal. Estos grupos tiol
se fijan al sustrato que se desea cubrir a través de un mecanismo de adsorción química y el resto de la molécula establece
uniones electrostáticas, de puente de H, o por fuerzas de Van der Waals, etc., con sus moléculas vecinas (Fuente:
González Rumayor, V., et al. (2005). Informe de vigilancia tecnológica. Aplicaciones de biosensores en la industria
agroalimentaria. Fundación para el conocimiento madri+d; CEIM).
Composite: compuesto que une dos o más materiales, normalmente fibras introducidas en una resina polimérica (plásticos).
Las sondas de PNAs han demostrado recientemente una capacidad para formar SAMs directos muy superior a la del ADN,
lo que abre una nueva línea de desarrolllo de biosensores. Fuente: Briones, C., et al. (2004). Ordered self-assembled
monolayers of peptide nucleic acids with Dna recognition capability. Physical Review Letters, vol. 93:208103 (1-4).
11
El tipo de soporte en el cual se inmovilizan las
sondas puede ser de diferente naturaleza, siendo
las membranas de nylon y los soportes rígidos
como el plástico o el vidrio los más utilizados. En
la actualidad, debido a su adaptación al marcaje
fluorescente, alta sensibilidad, posibilidad de
realizar distintas funcionalizaciones químicas y
fácil manejo y resistencia, el vidrio ha suplantado
a las membranas como soporte para microarray
de ADN8.
2.1.3. Tecnologías de fabricación
de microarrays de ADN
La fabricación de un microarray consiste en la
disposición de las sondas sobre la superficie del
mismo en posiciones conocidas y ordenadas.
Existen diferentes tecnologías para la producción
de microarrays que han de cumplir una serie de
requisitos, lo que ha generado la aparición de
diversas plataformas comerciales. Estos
requerimientos han motivado que los avances
tecnológicos relacionados con la fabricación de
microarrays queden reflejados en los sistemas de
producción y las plataformas introducidas por
diferentes empresas.
Requisitos de las tecnologías de producción de microarrays
• Robustez
• Reproducibilidad
• Consistencia
• Uniformidad
• Automatización
• Alta precisión
• Velocidad de fabricación
• Alta resolución
• Versatilidad
• Coste-efectividad
Las principales tecnologías empleadas en la fabricación de microarrays de ADN se pueden clasificar en
función de la metodología empleada para disponer sondas de forma ordenada.
Principales tecnologías empleadas en la fabricación de microarrays
• Ink Jetting: impresión de sondas sin contacto.
• Pin deposition: impresión de sondas por contacto.
• Fotolitografía: síntesis in situ mediante métodos químicos.
• Polipirrolización: inmovilización electroquímica de sondas modificadas por pirroles.
• Electrodeposición: inmovilización de sondas de ADN sobre nanopartículas de biorreconocimiento en
electrodos.
• Unión con direccionamiento electrónico.
8
Meloni, R., et al. (2004). DNA microarrays and pharmacogenomics. Pharmacological Research. Vol. 49: 303-308.
12
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
La técnica de Ink jetting emplea inyectores
La electrodeposición selectiva se basa en la
piezoeléctricos. Junto al capilar de vidrio que
inmovilización de sondas de ADN sobre
contiene la muestra se localizan cristales
nanopartículas de biorreconocimiento en
piezoeléctricos que se deforman al aplicar voltaje.
electrodos de resolución fotolitográfica. Estas
Esta deformación presiona el capilar y expulsa
nanopartículas consisten en pequeñas esferas de
una pequeña cantidad de fluido por el extremo
oro modificadas con oligonucleótidos.
del capilar, que se deposita en un punto concreto
de la superficie.
El posicionamiento electrónico, técnica
desarrollada por Nanogen, está basada en la
La técnica Pin deposition emplea agujas o pins que
concentración electroforética de oligonucleótidos
se empapan en la solución que contiene la muestra
biotilinizados sobre un gel de agarosa modificado
y se transfiere una pequeña cantidad al extremo de
con estreptavidina. Este gel puede direccionarse
la aguja. Al hacer contacto el extremo con la
electrónicamente sobre un array con propiedades
superficie del chip, se imprime una gota en una
de electrodo. La incorporación de campos
posición determinada de la superficie. Una variante
eléctricos permite controlar la deposición de las
de este método utiliza en vez de agujas, cabezales
sondas, así como incrementar la concentración de
similares a la punta de una pluma estilográfica.
las muestras sobre estas últimas, aumentando
por tanto la efectividad de la hibridación. Existen
Respecto a la Fotolitografía, la técnica se basa
diversos métodos basados en este tipo de técnica,
en la unión de los nucleótidos protegidos por un
que combinan los avances producidos en la
agente químico fotodegradable sobre un soporte
investigación con microarrays con los derivados
de vidrio que posee determinados grupos
de la microfluídica.
reactivos. Mediante una máscara que se sitúa
sobre el chip se logra enfocar un haz de luz hacia
Algunas de las técnicas anteriormente descritas
unas posiciones determinadas, degradando al
están confinadas para su uso en laboratorio por
agente químico protector en dichas zonas y
diferentes motivos. Tal es el caso de la
dejándolo intacto en las zonas protegidas por la
polipirrolización, que si bien presenta ciertas
máscara. Posteriormente se añade un medio que
ventajas como su bajo coste, existen una serie de
contiene uno de los cuatro nucleótidos que se
factores que hacen inviable su empleo a escala
unirá, mediante enlace covalente, al soporte con
industrial, como son su escasa reproducibilidad de
los grupos reactivos que hayan quedado
la deposición de sondas, así como el tiempo
desprotegidos. Cada grupo añadido lleva una
necesario para fabricar un array.
molécula receptora fotodegradable. Este proceso
se va repitiendo con los diferentes nucleótidos y
Las tecnologías líderes en el mercado son la
máscaras hasta generar unos oligonucleótidos con
impresión por chorro de tinta o ink-jetting, la
las secuencias de interés. La pionera en el empleo
fotolitografía, pin deposition y el posicionamiento
de esta técnica fue Affymetrix y en el primer chip
electrónico. Además, en los últimos años se ha
que construyó alcanzó una densidad de 106
desarrollado toda una serie de variantes de estas
sondas por cm2. En la actualidad, el Genechip®
tecnologías orientadas a mejorar el control sobre
comercializado por esta compañía consigue una
el tamaño y la morfología de la muestra de ADN
densidad de más de 9.000 sondas de una longitud
depositada sobre el array. Este es el caso de la
de 30 bases en 1,6 cm2.
tecnología Bubble Jet Printing Technology de
Canon10 que es capaz de crear un array de alta
La técnica de Polipirrolización está basada en la
densidad con unos puntos de tamaño uniforme y
copolimerización de un grupo pirrol y los
forma regular.
oligonucleótidos que portan parte del pirrol en su
extremo 5’. Las secuencias de oligonucleótidos
La siguiente tabla recoge las principales
modificados con pirrol se inmovilizan
tecnologías líderes en el mercado en fabricación
electroquímicamente en lugares específicos
de microarrays, sus principales características,
mediante el encendido secuencial de los
ventajas y desventajas, así como las aplicaciones
diferentes electrodos9.
a las que van dirigidas.
9
10
Càmpas, M.; Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
chemistry Vol. 23 (1): 49-62.
Bubble Jet Technologies Applied to DNA Chips, Canon (http://www.canon.com/technology/detail/bj/dna_chips).
13
14
Oligos de
25 nt
Pequeños
fragmentos de
ADN/ARN
Oligos de 20 nt
Fotolitografía
con
nucleótidos
activados
Deposición de
pines en
electrodos o
fotolitografía
con oligos
activados
Posicionamiento
electrónico
Hyseq
Affymetrix
Clinical Micro
Sensors
Nanogen
Fluorescencia
Impedancia
Tabla 2. Principales tecnologías de fabricación de microarrays.
Fuente: Campàs, M.; Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies.
Trends in Analytical Chemistry. Vol. 23(1): 49-62.
99 puntos
en 2 mm2
36 dianas en
un chip
Fluorescencia
Fluorescencia
Radioisotópica
1.024 puntos
en 1,15 cm2
64 puntos en
0,6 cm2
Oligos de 5nt
Muestras de
ADN de 5002.000 nt
Deposición de
pins en
membrana
9.000 puntos
en 1,6 cm2
Fluorescencia
Radioisotópica
2.780 puntos/
cm2
Detección
Muestras de
ADN de 500 nt
Fragmentos de
PCR
Densidad
Sonda
Ink-jetting en
vidrio
Técnica
Synteni/Incyte
Pharmaceuticals
Empresa
Alta densidad
Bajo coste
Alta densidad
Bajo coste
Bajo coste
Ventajas
Alto coste
Baja densidad
Alto coste
Alto coste
Síntesis in situ
Baja densidad
Baja densidad
Desventajas
PRINCIPALES TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE MICROARRAYS DE ADN
Perfiles de expresión,
identificación génica, diagnóstico,
identificación de STR (short
tandem repeat)
Perfiles de expresión,
identificación génica, diagnóstico,
secuenciación, análisis de
polimorfismos
Perfiles de expresión,
diagnóstico, análisis de
polimorfismos
Perfiles de expresión,
identificación génica, diagnóstico,
análisis de polimorfismos,
secuenciación
Perfiles de expresión,
identificación génica, diagnóstico,
análisis de polimorfismos
Aplicación
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
limita el desarrollo de nuevas plataformas de
2.1.4. Técnicas de detección
de la hibridación
en microarrays de ADN
biochips. Los métodos de detección en los cuales
no se necesita el marcaje de la diana están
tomando relevancia en nuevas aplicaciones de los
biochips, ya que permiten una mayor sensibilidad,
La detección de la hibridación es un paso clave
para revelar qué sondas se han unido a sus
reducción de la muestra necesaria y simplificación
dianas complementarias procedentes de la
del proceso de preparación de la muestra11.
muestra. Determinadas técnicas de detección de
la hibridación del ADN requieren del marcaje
La siguiente tabla muestra las diferentes técnicas de
previo de la sonda a la molécula diana, por lo que
detección de la hibridación en los microarrays de
la detección de la hibridación es un proceso que
ADN con su transductor y marcaje correspondiente:
TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE LA HIBRIDACIÓN EN MICROARRAYS DE ADN
Técnicas
Transductor
Marcaje
Fluorescencia
Óptico
Fluoróforos
Piezoeléctrico
Piezoeléctrico
No necesario
Cronopotenciometría
Voltametría
Impedancia
Electroquímico
Complejos catiónicos
Compuestos redox
Cronoamperometría
Electroquímico
Enzimas redox
Capacitancia
Electroquímico
No necesario
Colorimetría
Óptico
Enzimas
Resonancia de plasmones en superficie
Óptico
No necesario
Quimioluminiscencia electroquímica
Óptico
Quelato rutenio
Tabla 3. Técnicas de detección de la hibridación en microarrays de ADN.
Fuente: Campàs, M.; Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
chemistry. Vol. 23(1)1: 49-62.
11
López, M.; Mallorquín, P.; Vega, M. (2002). Informe de Vigilancia Tecnológica Microarrays y Biochips de ADN.
Genoma España.
15
amplificación de la señal de hibridación que
2.1.5. Sistemas de amplificación
de la señal de hibridación
del ADN
emplea oligonucleótidos circularizados. Mediante
dos pasos sucesivos con sondas de hibridación,
se consigue obtener una secuencia de ADN
inmovilizado en el soporte capaz de hibridar con
El análisis de ADN por medio de microarrays
un ADN circular. Posteriormente, la acción
requiere de la amplificación de la muestra y/o de la
conjunta del ADN polimerasa12 y el molde de
señal para alcanzar una sensibilidad apropiada, si
ADN circular desplazándose a lo largo del
bien es cierto que la mayoría de los sistemas de
fragmento de ADN inmovilizado genera copias del
amplificación realizan ambas tareas. A pesar del
ADN original unidas entre sí por sus extremos.
tiempo que requiere, la técnica de PCR se ha venido
Para detectar la señal, se procede a añadir
empleando de manera habitual en la amplificación y
marcadores fluorescentes complementarios para
marcaje fluorescente de muestras de ADN, e incluso
su hibridación con los múltiples sitios repetidos
se ha integrado en sensores y microarrays para
en la secuencia de ADN elongada. Este método
minimizar el tiempo de ensayo necesario. Además
de amplificación es rápido, técnicamente sencillo,
de la técnica de PCR, existe toda una serie de
y capaz de detectar mutaciones en presencia de
métodos de amplificación de la señal que pueden
una gran cantidad de ADN original. Esta técnica
ser incorporados en el sistema de detección:
cuenta con la desventaja de requerir una gran
– La Amplificación por círculo rodante o Rolling
cantidad de muestra de ADN de partida (100
nanogramos).
Circle Amplification es una técnica de
Sonda
Adición diana
Eliminación diana
Adición sonda 2
Adición
ADN circular
Adición oligos marcados
ADN ligasa
ADN polimerasa
Eliminación ADN circular
Fig. 1. Amplificación por círculo rodante.
Fuente: Campàs, M., Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
chemistry. Vol. 23(1): 49-62.
12
Las ADN polimerasas son las enzimas que realizan la replicación del ADN.
16
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
– La amplificación mediante ADN ramificado es
otro de los métodos empleados para aumentar
la señal de la hibridación, que en este caso
emplea ADN ramificado13 o hiperpolimérico, que
debido a sus ramificaciones puede realizar
hibridaciones simultáneas. Este tipo de ADN
requiere ciertas características como son su
homogeneidad, uniformidad, y el control de la
composición y tamaño de la longitud de sus
fragmentos.
Célula
Adición de sondas
Sondas
ADN
ramificado
Lisado de célula para
obtener ARNm
Hibridación
Marcadores
de sondas
Cuantificación
del ARNm
Sustrato
quimioluminiscente
Fig. 2. Amplificación por ADN ramificado.
Fuente: Genospectra (http://www.genospectra.com).
– La amplificación de la señal de hibridación
mediante nanopartículas dendríticas está
basada en el uso de nanopartículas de oro
activadas con nucleótidos, como las empleadas
en los métodos piezoeléctricos. Estas
nanopartículas contienen fragmentos de
13
oligonucleótidos que hibridan con la diana una
vez que ésta ha hibridado con la sonda
inmovilizada. Empleando el tamaño apropiado
de partícula se pueden conseguir sensibilidades
de detección muy elevadas.
bDNA (branched DNA o ADN ramificado): el ADN ramificado contiene múltiples cadenas ramificadas en forma de árbol y
cada una de estas ramas constituye un sitio de hibridización con una sonda marcada con una enzima, que reacciona con
un sustrato que permite la demostración colorimétrica o quimioluminiscente.
17
Nanopartícula
unida a
oligonucleótido
ADN diana
Fig. 3. Amplificación mediante nanopartículas dendríticas.
Fuente: Fritzsche, W. & Taton, A. (2003) Metal nanoparticles as labels for heterogeneous, chip-based DNA detection.
Nanotechnology 14, R63-R73.
– El método de amplificación de la Tiramida o
TSA (Tyramide Signal Amplification) consiste en
una combinación de tres pasos que comienzan
en el marcaje de la molécula diana con un
anticuerpo unido a peroxidasa o estreptavidina.
Tras la hibridación a la sonda, se añaden
múltiples derivados de tiramida marcados con
biotina o agentes fluorescentes, que son
activados por la enzima peroxidasa, liberando
finalmente radicales de tiramida que emiten
una señal detectable. Este es un método de
marcaje indirecto que consigue una
amplificación de la señal hasta 100 veces
mayor que las técnicas directas de marcaje con
fluorescencia, sin incrementar el ruido de
fondo. A pesar de ser una técnica laboriosa, la
amplificación con Tiramida compite con las
tecnologías actuales de amplificación por PCR14.
Sin embargo, los análisis comparativos son
complicados debido a la variabilidad existente
en la eficiencia del marcaje15.
Peroxidasa
H2O2
Estreptavidina
Biotina
ADN
Fig. 4. Amplificación de la Tiramida.
Fuente: Tyramide Signal Amplification (TSA) Technology, Molecular Probes, Invitrogen detection technologies
(http://probes.invitrogen.com/lit/catalog/2/sections/4021.html).
– La amplificación de la señal por medio de
liposomas funcionalizados se puede emplear
en las técnicas de detección electroquímica de
la hibridación. Este sistema está basado en la
inhibición de la transferencia de electrones
entre la sonda y la superficie del electrodo
14
15
donde la sonda está inmovilizada. Existen dos
formas de conseguir la transferencia de
electrones, mediante la activación de los
oligonucleótidos cargados negativamente, o
bien mediante la funcionalización de los
liposomas con biotina.
Càmpas, M.; Katakis, I. (2004). DNA biochip arraying, detection and amplification strategies. Trends in analytical
chemistry Vol. 23 (1): 49-62.
Tyramide Signal Amplification (TSA) Technology, Molecular Probes, Invitrogen detection technologies
(http://probes.invitrogen.com/handbook/sections/0602.html).
18
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
2.2. Tipos de microarrays
de ADN
Los microarrays de ADN surgieron de la necesidad
de analizar la ingente cantidad de información
surgida de los grandes proyectos de secuenciación
de genomas desarrollados en los últimos años16. Por
tanto, las principales aplicaciones de los microarrays
de ADN se centraron inicialmente en el análisis de la
expresión génica y el diagnóstico genético, basados
mecanismos implicados en la resistencia de
patógenos a ciertos agentes antimicrobianos18.
Por último, el uso de microarrays de ADN para
el análisis de los perfiles de expresión génica en
procesos tumorales, ha posibilitado elaborar
para ciertos tipos de cáncer una clasificación de
los tumores que ha permitido un diagnóstico y
pronóstico más preciso que el obtenido
mediante otras técnicas moleculares.
• Las estrategias de farmacogenética y
en la búsqueda de mutaciones o polimorfismos de
farmacogenómica19 constituyen otras de las
un solo nucleótido o SNP17. Los nuevos desarrollos
áreas de aplicación de los microarrays de ADN.
tecnológicos han permitido ampliar estas
La combinación de los datos obtenidos a partir
aplicaciones hacia nuevas áreas de interés como la
de la identificación de SNPs, junto con la
farmacogenómica, así como la integración de los
información obtenida del estudio de perfiles de
microarrays de ADN en el proceso de
expresión génica, permite establecer una
descubrimiento e identificación de fármacos.
correlación entre el genotipo y el fenotipo de un
determinado individuo. El resultado de esta
• El área de diagnóstico molecular mediante
combinación está resultando de enorme
microarrays de ADN posee entre sus principales
importancia para la identificación de genes que
aplicaciones el cribado genético de mutaciones
puedan constituir nuevas dianas terapéuticas.
o polimorfismos relacionadas con enfermedades
mediante técnicas de resecuenciación del ADN.
16
17
18
19
• El proceso de descubrimiento y desarrollo
Por otra parte, la identificación de
de fármacos se ha beneficiado del uso de
microorganismos patógenos (virus, bacterias,
herramientas genómicas de alto rendimiento
hongos o protozoos) mediante microarrays de
como los microarrays de ADN, que hacen
oligos que contengan secuencias de ARN
posible el análisis de la expresión génica en
ribosomal de dichos microorganismos es de
miles de muestras simultáneamente. El diseño
utilidad en el diagnóstico de patologías
y estratificación de los ensayos clínicos en
infecciosas. Asimismo, tanto los análisis de
función del genotipo es otra de las aplicaciones
SNPs como de expresión génica mediante
que los microarrays de ADN han aportado a la
microarrays de ADN permitirían identificar los
industria farmacéutica.
The Sanger Institute: Human Genome Project (http://www.sanger.ac.uk/HGP).
The Institute for Genomic Research, TIGR (http://www.tigr.org/tdb).
SNP: Single Nucleotide Polymorphism.
Doménech-Sánchez, A. & Vila, J. (2004). Fundamento, tipos y aplicaciones de los arrays de ADN en la microbiología
médica. Enferm. Infecc. Microbiol. Clin. 22(1):46-54.
Bryant, P. A., et al. (2004). Chips with everything: DNA microarrays in infectious diseases. Lancet Infect. Dis. 4:100-111.
Farmacogenética: disciplina que se ocupa de estudiar las diferentes respuestas de los individuos frente a los fármacos
basándose en los patrones de variabilidad genética de cada paciente.
Farmacogenómica: término más amplio que persigue buscar genes candidatos de respuesta a determinados fármacos o
personalizar medicamentos empleando herramientas genómicas.
19
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE ADN EN SALUD HUMANA
Áreas
Diagnóstico
molecular
Farmacogenética y
Farmacogenómica
Descubrimiento y
desarrollo de fármacos
Aplicaciones
Técnicas
Cribado genético
Resecuenciación
Identificación de patógenos
Detección de secuencias de ADN
procedentes de patógenos
Resistencia a fármacos de
microorganismos infecciosos
Genotipado de SNPs
Análisis de la expresión génica
Diagnóstico y pronóstico oncológico
Análisis de la expresión génica
Identificación de genes
Análisis de la expresión génica
Genotipado de SNPs
Resecuenciación
Respuesta a fármacos
Genotipado de SNPs
Diagnóstico predictivo
Genotipado de SNPs
Cribado de fármacos
Análisis de la expresión génica
Diseño y estratificación de ensayos
clínicos
Genotipado de SNPs
Tabla 4. Aplicaciones de los microarrays de ADN en salud humana.
Fuente: Elaboración propia.
A continuación se describen las principales técnicas genómicas que emplean los diferentes microarrays de ADN
en función del objetivo que se persiga:
2.2.1. Resecuenciación génica
fragmento de ADN a analizar se divide en
fragmentos de entre 200 y 600 nucleótidos, y
El descubrimiento de genes o la identificación
posteriormente se marca e hibrida con las sondas
mediante secuenciación de determinadas
inmovilizadas. Al detectar la localización de la
secuencias de ADN, requiere arrays con sondas
hibridación mediante técnicas de análisis y
que incluyan todas las posibles combinaciones de
procesamiento de las señales, se puede identificar
nucleótidos para una determinada longitud. El
la secuencia total del fragmento de ADN.
20
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
La resecuenciación es una las últimas
aplicaciones de los microarrays de ADN, que
permite la identificación de mutaciones y SNPs en
el genoma a partir de una secuencia conocida.
Para cada base nucleotídica de una secuencia se
diseñan cuatro sondas que difieren entre sí en un
nucleótido (A,T,G,C) generalmente en su posición
central. Posteriormente se marca el ADN de la
muestra mediante reactivos fluorescentes, y se
pone en contacto con las sondas inmovilizadas en
el microarray. Los fragmentos de ADN que
contengan una secuencia complementaria
hibridarán únicamente con una de las cuatro
sondas, dando lugar a una señal fluorescente20.
La principal ventaja de esta técnica consiste en
que permite conocer la secuencia de fragmentos
de ADN de hasta 30 Kb de longitud.
Fig. 5. Resecuenciación mediante microarrays de ADN.
Fuente: Cutler, DJ, et al. (2001). High-throughput variation detection and genotyping using microarrays.
Genome Res. 11(11):1913-25.
2.2.2. Análisis de la expresión
génica
niveles de proteínas que se producen durante un
estado patológico o en una determinada situación
metabólica.
La expresión génica es el proceso por medio del
cual la información codificada en el ADN se
El análisis de la expresión génica mediante
transforma en las proteínas necesarias para el
microarrays de ADN requiere realizar previamente
desarrollo y funcionamiento de la célula. Este
la copia del ARNm a ADN complementario
proceso tiene lugar por medio de una molécula
mediante un proceso de transcripción inversa.
intermediaria que transmite la información
Este ADN copia (ADNc) posee una mayor
genética denominada ARN mensajero (ARNm).
estabilidad que el ARNm y además permite la
Una de las principales aplicaciones de los
adición de marcadores para su detección21. Las
microarrays de ADN es la determinación del perfil
moléculas marcadas de ANDc se hibridan a
de expresión, es decir la cuantificación relativa de
microarrays que contienen sondas de ADN
los ARN transcritos, mediante la comparación de
específicas para genes concretos. La señal que
los ARNm aislados de dos muestras diferentes.
emite el ADNc será indicativa de la presencia de
Por tanto, los microarrays de ADN proporcionan
expresión génica, que también puede ser
indirectamente información de los distintos
cuantificada.
20
21
CustomSeq™ Resequencing Arrays, Affymetrix (http://www.affymetrix.com/products/arrays/specific/custom_seq.affx).
López, M.; Mallorquín, P.; Vega, M. (2001). Informe Sectorial de Vigilancia Tecnológica sobre Microarrays y Biochips de
ADN. Genoma España.
21
Tejido sano
Muestra A
Tejido enfermo
Muestra B
Interpretación
A>B
B>A
A=B
Extracción
ARNm
A
B
Combinación
de ambas señales
fluorescentes
ADNc marcado
con sondas
fluorescentes
Hibridación con ADN
inmovilizado
Emisión
de fluorescencia
Incidencia luz
fluorescente
Fig. 6. Análisis de la expresión génica mediante microarrays de ADN.
Fuente: Institute for Mikrobiology and Genetics, Georg-August-University of Göttingen, Functional Genomics Group.
(http://wwwuser.gwdg.de/~aehrenr/arrays/c_arrays.html).
El perfil de expresión génica de una célula
No obstante, una de las aplicaciones más
proporciona información sobre su fenotipo y su
atrayentes es el empleo de microarrays de
respuesta al medio (estado metabólico, ciclo
expresión génica en clínica. La empresa
celular, respuesta a condiciones de estrés,
holandesa Agendia22 ha desarrollado microarrays
presencia de toxinas o microorganismos
de expresión génica que permiten predecir el
patógenos). La medida de la expresión génica es
riesgo de sufrir metástasis en pacientes con cáncer
una importante herramienta para estudiar los
de mama, así como arrays de expresión que
mecanismos de regulación, rutas bioquímicas y
facilitan la identificación de tumores primarios. La
funciones celulares.
empresa californiana Genomic Health23 posee
entre sus productos un microarray de expresión
Las aplicaciones de los microarrays de expresión
génica que cuantifica la probabilidad de recurrencia
génica son diversas, y actualmente el número de
en pacientes con cáncer de mama, e incluso
productos dirigidos a la industria farmacéutica se
proporciona información acerca de las terapias más
ha multiplicado considerablemente (ver Anexo I).
efectivas para el paciente.
Aplicaciones de los microarrays de expresión génica
• Identificación de genes involucrados en procesos patológicos, fisiológicos y de desarrollo.
• Caracterización de tumores.
• Estudio de procesos de regulación génica.
• Diagnóstico mediante la identificación de patrones de expresión relacionados con diferentes
estados patológicos.
• Identificación de dianas terapéuticas en el proceso de desarrollo de fármacos mediante la
comparación de los genes expresados en tejido normal y tejido enfermo.
22
23
MammaPrint®, CupPrint™ (Agendia, BV; http://www.agendia.com).
Oncotype DX™ (Genomic Health, Inc.; http://www.genomichealth.com/oncotype/hcphome.aspx).
22
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
2.2.3. Genotipado de SNPs
y de experimentos de secuenciación de
fragmentos concretos de ADN. En la actualidad
Menos del 0,1% del genoma humano presenta
varias compañías biotecnológicas disponen de
variaciones entre los distintos individuos, siendo
tests farmacogenómicos que permiten la
las formas más frecuentes de variación los SNPs o
identificación de polimorfismos relacionados con el
24
polimorfismos de una sola base , que consisten
metabolismo de fármacos. Los principales tests
en sustituciones de una base por otra. La mayoría
toxicogenómicos se centran en el genotipado de
de los SNPs conocidos hasta hace unos años
genes de enzimas de la familia del citocromo
habían sido identificados a partir de proyectos de
p450, relacionada con la toxicidad de un gran
secuenciación como el Proyecto Genoma Humano,
número de fármacos25.
Fig. 7. Microarray de análisis farmacogenómico AmpliChip CYP450. Fuente: Roche Group, AmpliChip CYP450 Test
(http://www.roche-diagnostics.com/products_services/amplichip_cyp450.html).
2.2.4. Hibridación genómica
comparada
Los microarrays de hibridación genómica
comparada (CGH Arrays) son herramientas de
análisis genómico de escaneado global que se
emplean para detectar la presencia de ganancias
(duplicación o amplificación) o pérdidas (deleción
o nulisomía) de segmentos del genoma. Su
aplicación en el campo de la oncología incluye la
detección de nuevas amplificaciones genómicas
asociadas a tumores humanos y murinos, la
definición en detalle de regiones comúnmente
amplificadas (amplicones), y la detección de
deleciones asociadas a tumores.
24
25
26
27
Un ejemplo de este tipo de microarrays de
hibridación genómica comparada es el
Genosensor System de la compañía Vysis26 que
permite establecer correlaciones entre el número
de copias de un gen y una determinada
enfermedad. Éste es un sistema que por el
momento sólo se emplea en investigación en
laboratorios y aún no se ha empleado con fines
diagnósticos. En la actualidad, el Centro
Nacional de Investigaciones Oncológicas
(CNIO) está poniendo en marcha una plataforma
para la producción de microarrays de hibridación
genómica comparada que posean una cobertura
completa de los genomas humano y murino27.
Las diferencias entre las secuencias de ADN de los diferentes individuos y especies se deben primordialmente a
mutaciones que alteran una de las cuatro letras del código ACGT. Tales cambios de una sola letra de posición variable son
los SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Además, se conocen otros sistemas de reordenamiento genético, tales como
inserciones o deleciones de fragmentos de ADN.
Prometheus Laboratories Inc., PRO-PredictRx TPMT (http://www.prometheuslabs.com).
Roche Diagnostics, con tecnología de Affymetrix (http://www.roche-diagnostics.com).
GE Healthcare, CodeLink P450 Bioarrays (http://www.gehealthcare.com).
Jurilab, DrugMEtTM Genotyping Test (http://www.jurilab.com).
Roche Group, AmpliChip CYP450 Test (http://www.roche-diagnostics.com).
TM Bioscience Corp., Tag-ItTM Mutation Detection Kits (http://www.tmbioscience.com).
Vysis (http://www.vysis.com).
CNIO, Investigación de Transferencia en Cáncer: del Laboratorio a la Clínica
(http://www.cnio.es/es/news/transferencia.htm).
23
3. Microarrays de proteínas
Los microarrays y biochips de ADN se han
contenida en el proteoma. El proteoma es el
consolidado como una herramienta fundamental
conjunto de proteínas expresadas por un tejido o
para el análisis de la expresión génica a nivel
por una célula en un momento determinado. Por
genómico. Sin embargo, la determinación de la
tanto, la proteómica es la disciplina que estudia
cantidad de ARNm mediante microarrays de ADN
globalmente la expresión génica a nivel de las
no proporciona la información suficiente sobre las
proteínas, aglutinando proteómica comparativa,
proteínas que se traducen a partir de esta
funcional y estructural.
molécula. Esto es debido a que las proteínas
sufren toda una serie de modificaciones post-
Los microarrays de proteínas son de gran
traduccionales a lo largo de su proceso de
utilidad en el análisis proteómico funcional, y
síntesis, que consisten fundamentalmente en
consisten en chips de proteínas inmovilizadas en
procesamientos proteolíticos, glicosilaciones28, y
una posición concreta sobre una superficie sólida,
formación de complejos proteicos. Por otra parte,
dispuestas de forma similar a como se disponen
las proteínas han de plegarse correctamente con
las sondas en los microarrays de ADN. A la hora
el fin de ser totalmente funcionales.
de construir un microarray de proteínas es muy
importante plantearse una serie de cuestiones
Para completar el estudio de las funciones de las
previas, al igual que sucedía con el diseño del
proteínas se ha de recurrir a la información
microarray de ADN:
Factores de relevancia en el diseño de microarray de proteínas
• Naturaleza de la superficie sobre la cual inmovilizar (soporte).
• Proteínas a inmovilizar.
• Método de inmovilización.
• Formato del microarray.
• Agente de captura (en el caso de microarray de detección).
• Método de detección a emplear.
28
Glicosilación: proceso químico por el que se añaden cadenas de azúcares a una proteína.
24
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Cada una de estas cuestiones lleva asociada una tecnología concreta, que al combinarse permiten la
generación de microarrays de proteínas. En la siguiente figura se muestran las tecnologías asociadas a los
microarrays de proteínas:
Tecnología
de producción
Impresión
por contacto
Moléculas
de captura
Superficies
Unión
no covalente
Impresión sin
contacto
Fluorescencia
Diagnóstico
Anticuerpos
Receptor/ligando
• Hidrofóbica
Enzima/sustrato
Aptómeros
Litografía
Aplicaciones
Proteínas fusión
• Electrostática
• Reconocimiento
molecular
Detección
Quimioluminiscencia
Resonancia
de plasmones
superficiales
Proteómica
Cribado de
fármacos
Unión covalente
Affibodies
Radioactividad
Espectrometría
de masas
Fig. 8. Tecnologías implicadas en la producción de microarrays.
Fuente: Ojos, T. & Bachmann, J. (2003). Business Briefing: Future Drug Discovery. 1-4.
3.1. Diseño de un microarray
de proteínas
La complejidad y diversidad estructural de las
proteínas ha hecho que el desarrollo de los
microarrays de proteínas haya sido técnicamente
complicado. Al contrario que los ácidos nucleicos,
las proteínas no tienen una estructura homogénea
ni un patrón de unión específico, sino que cada
proteína posee unas características bioquímicas
29
particulares. En cuanto a los procesos de
amplificación de muestra, no existe una técnica
equivalente a la PCR capaz de amplificar la
cantidad de proteína existente en una muestra.
Por lo tanto, la tecnología de microarrays de
proteínas se encuentra ante dificultades técnicas
en cuanto a la adquisición y unión estable de
proteínas a superficies donde puedan
interaccionar con otras proteínas o ligandos y
detectarse tal interacción29.
Hardiman, G., et al. (2002). Protein microarrays: challenges and promises. Pharmacogenomics. Vol. 3 Nº 4: 1-10.
25
3.1.1. Tipos de soporte de microarrays de proteínas
Durante el diseño de un microarray de proteínas la elección del soporte habrá de tenerse en cuenta en
primera instancia ya que condicionará tanto el formato final del array como el método de detección
preferible. De la misma forma, la tecnología de inmovilización elegida ha de tener en cuenta tanto la
naturaleza del compuesto que se ha de inmovilizar como la superficie a la cual se acopla, manteniendo
siempre la funcionalidad y accesibilidad de las proteínas presentes en el array.
Características de un soporte ideal de proteínas
• Estabilidad química.
• Buena morfología de los puntos o spots.
• Mínimas uniones no específicas.
• Baja señal de fondo.
• Alto ratio superficie/volumen.
• Compatibilidad con los distintos sistemas de detección.
• Baja autofluorescencia.
En el caso del ADN, éste posee una carga
negativa que podría aprovecharse para inmovilizar
la molécula sobre la superficie del array mediante
fuerzas electrostáticas. Por el contrario, la carga
de las proteínas es muy variable, y por este
motivo se han realizado grandes esfuerzos en la
estandarización de materiales de soporte que
sean adecuados para cada tipo de microarray de
proteínas. Los soportes porosos como las
membranas de nitrocelulosa, nylon o fluoruro de
polivinilo, son más adecuados para la
inmovilización de proteínas que los soportes lisos,
ya que poseen mayor superficie y por tanto
capacidad de unión30.
30
31
32
No obstante, la nueva generación de química de
superficies de membrana y de vidrio ha logrado
ofrecer una variedad de superficies de soporte
que no requieren del empleo de agentes
bloqueantes para eliminar el ruido de fondo,
y que a la vez previenen el contacto directo de la
proteína con la superficie mediante la introducción
de grupos funcionales como polietilenglicol (PEG).
Otras estrategias empleadas son capaces de
aumentar la densidad de los grupos funcionales
accesibles mediante el empleo de
dendrímeros31,32.
Espina, V., et al. (2004). Protein microarray detection strategies: focus on direct detection technologies. Journal of
Immunological methods. Vol. 290: 121-133.
Agenendt, P., et al. (2003). Next generation of protein microarray support materials: evaluation for protein and antibody
microarray evaluations. Journal of Chromatography A. Vol. 1009:97-104.
Los dendrímeros son agrupaciones esféricas de moléculas anidadas, de importante aplicación en la fabricación de
dispositivos miniaturizados para el almacenaje de información.
26
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
PRINCIPALES SOPORTES EMPLEADOS EN LA INMOVILIZACIÓN DE PROTEÍNAS
SOBRE ARRAYS
Soporte
Química de superficie
Proveedor
Placas de dendrímero
(prototipo)
Capa de dendrímero con grupos
reactivos epoxi
Chimera Biotech GmbH
Placas de epoxi-PEG
(prototipo)
Capa de PEG con grupos reactivos
epoxi
Jen Sobek, Functional Genomics
Center
Placas Maxisorb
Superficie de poliestireno
modificada
Nunc A/S
Placas amino
Grupos amino
Telechem International
Placas epoxi
Grupos epoxi
Telechem International
Placas silanizadas
Grupos amino
Telechem International
Placas FAST
Matrices de nitrocelulosa
Schleicher and Schuell Biosciences
Placas en cultivo celular en
poliestireno
Poliestireno
Nalge Nunc International
Placas de aminosilanos
Grupos amino
Sigma Aldrich Chemie GmbH
HydroGel
Gel de poliacrilamida modificado
Perkin-Elmer
Microarray reflectivo
Trietoxilsilano 3-amino propil
Amersham Biosciencies
Placas epoxi QMT
Grupos epoxi
Quantifoil Micro Tools GMBH
Placas de polilisina
Grupos amino
Preparadas manualmente
Placas de poliacrilamida
Poliacrilamida
Preparadas manualmente
Tabla 5. Principales soportes empleados en la inmovilización de proteínas sobre arrays.
Fuente: Angennendt, P. & Glöker, J. (2003). Protein and antibody microarray technology. Journal of Chromatography B
Vol. 797: 229-240.
Para favorecer la inmovilización de las proteínas es frecuente recurrir a moléculas adaptadoras de afinidad,
que consisten fundamentalmente en proteínas33, poliaminoácidos34 o polipéptidos. Las estrategias más
habituales se centran en el empleo de moléculas de afinidad ancladas en la superficie del array, que a su
vez mantendrán unidas las proteínas por medio de una segunda molécula adaptadora35.
33
34
35
Biotina (unión a estreptavidina); Proteína G (unión a anticuerpo Fc); Proteína A (unión a anticuerpo Fc); GST, Glutation
S-transferasa (unión a anti-GST); MBP, proteína de unión a la maltosa (unión a anti-MBP); TRX, tiorredoxina reductasa
(unión a anti-TRX), GFP, proteína verde fluorescente (unión a anti-GFP).
Poli-aminoácidos empleados como moléculas de afinidad en microarrays de proteínas: Poli-Histidina (soporte de resina de
níquel); Poli-Lisina (uniones amida y bases de Schiff); Poli-cisteina (uniones tioéter).
Hardiman, G., et al. (2002). Protein microarrays: challenges and promises. Pharmacogenomics. Vol. 3 (4): 1-10.
27
Proteína
Molécula adaptadora
Molécula de afinidad
Soporte recubierto
de una capa orgánica
Fig. 9. Estructura de un microarray de proteínas.
Fuente: Hardiman, G., et al. (2002) Protein microarrays: challenges and promises. Pharmacogenomics. Vol. 3 (4): 1-10.
3.1.2. Tipos de formato de microarrays de proteínas
Los formatos que se pueden emplear para construir un microarray de proteínas son muy variados, aunque
el más extendido es el formato de array plano que se comercializa por numerosas empresas:
MICROARRAYS PLANOS DE MICROARRAYS DE PROTEÍNAS DISPONIBLES
COMERCIALMENTE
Empresa
Producto
Aplicación
Schleicher & Schuell
Bioscience
ProvisiónTM HCA
Perfil de citoquinas
Zymoyx Inc.
Simios protein profiling biochip
system
Perfil de citoquinas
Pierce Biotechnology Inc.
Search LightTMArrays
Perfil de citoquinas
RayBiotech Inc.
RayBioTM Cytokine Arrays, Custom
Ab Arrays
Perfil de citoquinas
BD Biosciences
BD ClontechTM Ab Microarray
Análisis comparativo de proteínas
Sigma Aldrich Co.
PanoramaTM Ab Microarray Cell
Signalling KitTM
Análisis comparativo de proteínas
Protometrix Inc.
The Yeast ProtoarrayTM
Estudios de interacción de proteínas
Molecular Staging Inc.
Rolling circle amplification
technology (RCATTM)
Perfil de proteínas multiplexado
Zeptosen AG
ZeptoMARTM CeLyA Cell Lysate Arrays
Screening reverso
Ciphergen Biosystems inc
SELDI Protein Chip® Technology
Screening reverso
Tabla 6. Microarrays planos de microarrays de proteínas disponibles comercialmente.
Fuente: Joos, T. O. Microarray technology: an increasing variety of screening tools for proteomic research. Drug Discovery
Today (2004). Vol. 3 (1): 24-31.
28
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Otros formatos alternativos están encaminados a disminuir la cantidad de muestra y reactivos necesarios
por medio de la miniaturización y la combinación con tecnologías de microfluídica:
• CD de centrifugación como el Gyrolab
Bioaffy™ comercializado por Gyros36. El giro del
CD hace que la fuerza centrífuga dirija la
muestra a través de microcanales, que permiten
la cuantificación de proteínas a escala
nanométrica por medio de inmunoensayos tipo
sándwich u otras técnicas.
• Microcanales desarrollados por Biotrove 37 por
medio de la tecnología Thru-Hole™, que
consiste en una plataforma miniaturizada para
el procesamiento en paralelo de alta densidad
de muestras a escala nanométrica.
CD
18 mm
• 3D sobre superficies de silicio como Protein
Profiling Biochip™ System de Zyomyx38 que
permite la orientación de los anticuerpos gracias
a su estructura en pilares. Esta plataforma
permite la cuantificación de múltiples citoquinas
presentes en suero de plasma humano y
murino.
Anticuerpo
marcado
Proteína
36
37
38
Microarray de proteínas sobre CD de centrifugación (Gyrolab BioaffyTM). Gyros AB (http://www.gyros.com).
Microarray de microcanales. Biotrove (http://www.biotrove.com).
Protein Profiling BiochipTM System de Zyomyx (http://www.zyomyx.com) (en la actualidad está en uso en centros de
Investigación de GlaxoSmithkline y Partners Healthcare).
Wagner, P.; Raymond, K. (2002). Protein biochips: an emerging tools for proteomic research. Current Drug Discovery.
May: 23-28.
29
Las partículas en suspensión también pueden emplearse como base para el microarray, teniendo en cuenta
que estas partículas pueden codificarse para su posterior identificación. Existen diferentes sistemas de
codificación de estas partículas que emplean tecnologías muy diversas:
• Microesferas sometidas a citometría de
flujo, comercializadas por BD Biosciences bajo
el nombre comercial de BDTM Cytometric Bead
Array39: la captura de proteínas se realiza por
medio de inmunoensayos tipo ELISA, mientras
que la detección se basa en fluorescencia y la
cuantificación se realiza por citometría de flujo.
• Microesferas codificadas con colores, como
el sistema Bio-Plex Protein Array System
desarrollado por Luminex 40 y Bio-Rad 41.
Mediante este sistema, se pueden medir las
reacciones bioquímicas que tienen lugar en la
superficie de las microesferas en función de las
intensidades de las fluorescencias.
Anticuerpos
de captura
Esferas
marcadas
con fluorescencia
láser
• Nanocristales de semiconductores
codificadas con colores, que reciben el
nombre comercial de Nanocristales Qdot®42 y
han sido desarrollados por Quantum Dots Corp.
Estos nanocristales están formados por
materiales semiconductores que emiten luz en
el espectro de luz visible, permitiendo el
marcaje de proteínas dentro de las células.
Nanocristal
• Microesferas con códigos de barras como la
tecnología UltraPlexTM desarrollada por
Antígenos
Smartbeads 43, que permite realizar ensayos
multiplexados para una serie de anticuerpos
identificados con su código de barras
correspondiente.
• Micropartículas con códigos de barras
formadas por metales intercalados, como las
nanopartículas NanobarcodesTM de Nanoplex
Anticuerpos
de detección
Anticuerpos
Micropartículas con
códigos de barras
Marcador
fluorescente
Proteína
Technologies44, que permiten identificar con una
gran precisión la molécula para la cual sirve de
marcador.
Anticuerpos
Banda de plata
Banda de oro
39
40
41
42
43
44
BDTM Cytometric Bead Array, BD Biosciences (http://www.bdbiosciences.com).
Luminex xMAP technology (http://www.luminexcorp.com).
Sistema Bio-Plex Protein Array System, Bio-Rad (http://www.bio-rad.com).
Qdot® Nanocrystals (http://www.qdots.com).
UltraPlexTM, Smartbeads (http://www.smartbead.com).
Nanopartículas NanobarcodesTM, Nanoplex Technologies (http://www.nanoplextech.com).
30
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
3.1.3. Técnicas de detección de la señal en microarrays de proteínas
Los métodos de detección empleados en microarrays de proteínas se pueden clasificar en métodos libres
de marcaje y métodos que emplean sondas marcadas con diferentes técnicas. Los métodos libres de
marcaje presentan la ventaja de no necesitar un marcaje previo de las proteínas diana, evitando de esta
forma modificar su actividad. Entre ellas destacan las siguientes:
• Espectrometría de masas: técnica en la que
las moléculas proteicas se ionizan y
posteriormente se aceleran a través del vacío
mediante un campo magnético. Las partículas
de distinta relación masa/carga se separan por
su deflexión (desviación de la dirección de la
corriente) en un campo magnético. Dentro de la
espectrometría de masas las variantes más
representativas son la denominada
espectrometría MALDI-TOFF45 y la
espectrometría de masas en tandem (MS/MS).
• Resonancia de Plasmones Superficiales
Campo
magnético
e
Luz
polarizada
Luz
reflejada
(SPR): técnica basada en fenómenos ópticos
que tienen lugar sobre la superficie de un
metal, permitiendo la detección de cambios de
concentración de la masa del chip debidos a la
unión de un ligando a la proteína inmovilizada.
Dentro de las estrategias que emplean métodos de marcaje, se pueden clasificar a su vez en técnicas de
detección directa si utilizan una sonda marcada que sea compatible con el sustrato, y métodos de
detección indirecta, donde se marca directamente la proteína de interés46. En función del marcaje
realizado, la técnica de detección empleada será diferente:
• Detección cromogénica: los cromógenos son
sustancias que sirven como sustratos para
reacciones enzimáticas que generan productos
coloreados. La detección cromogénica de
microarrays de proteínas produce señales
permanentes de fácil visualización para su
análisis. Los cromógenos empleados con mayor
frecuencia en microarrays de proteínas son la
peroxidasa y la fosfatasa alcalina.
• Detección por quimioluminiscencia: la
emisión de la luz se produce por los productos
de una reacción química en la que participa la
enzima luciferasa. La quimioluminiscencia puede
emplearse con cualquiera de los métodos de
detección por marcaje de sonda. La principal
ventaja de la detección por quimioluminiscencia
45
46
es que crea un registro permanente de los
resultados con alta sensibilidad y rapidez.
• Detección por fluorescencia: las moléculas
fluorescentes (fluoróforos) absorben fotones de
luz de una fuente externa, generalmente un
láser monocromático, que provoca la excitación
de los electrones de la molécula y la posterior
emisión de luz en una longitud de onda mayor a
la de la luz incidente. La principal limitación de
esta técnica de detección es su incompatibilidad
con los soportes que poseen autofluorescencia,
ya que esta característica hace muy difícil
distinguir la señal del ruido de fondo. Los
principales fluoróforos empleados son
fluoresceína, rodamina, ficobiliproteínas,
acridinas y cianinas.
MALDI-TOF: Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization (desorción/ionización mediante láser asistida por matriz.
Espina, V. (2004). Protein microarray detection strategies: focus on direct detection technologies. Journal of
Immunological Methods. Vol. 290: 121-133.
31
• Detección por desintegración radiactiva: la
posibilidad de incorporar
32
P en proteínas, ADN
• Deshidratación de las proteínas: la miniaturización
de los microarrays de proteínas es consecuencia
y ARN permite la detección de las interacciones
de los problemas de deshidratación e inactivación
proteína-proteína, proteína-ADN, proteína-ARN y
de las proteínas, que se acentúan bajo el empleo
proteína-ligando. Sin embargo, el empleo de la
de soportes de cristal. Por este motivo, la
radiactividad como método de detección para
nanotecnología y microfluídica son campos que
microarrays no está muy extendido por
están desarrollando nuevas estrategias como son
cuestiones de seguridad.
las estructuras de microcanales, que previenen la
deshidratación de las proteínas debido a su
Desafíos tecnológicos a los que se enfrentan
arquitectura cerrada. Otra de las alternativas que
los microarrays de proteínas
se está estudiando consiste en el empleo de
sustancias químicas que estabilicen las proteínas.
El análisis de proteínas mediante microarrays se
enfrenta a una serie de limitaciones referidas
• Fenómenos de reactividad cruzada: dada la
principalmente a problemas de detección de la
naturaleza de los anticuerpos que en su mayoría
interacción y de estabilidad de las proteínas
se encuentran glicosilados, el fenómeno de
inmovilizadas.
reactividad cruzada sucede a menudo, creando
falsos positivos y falsos negativos al formarse
• Disponibilidad de proteínas y anticuerpos
complejos de cierta estabilidad. Por ello, las
específicos: en el caso de los microarrays de
estrategias actuales van encaminadas a la
anticuerpos, una de las principales limitaciones
selección de anticuerpos altamente específicos,
ante las que se enfrenta su fabricación no es
o al empleo de otras moléculas de afinidad
únicamente obtener grandes cantidades, sino al
como los aptámeros o esqueletos proteicos.
hecho de que es necesario obtener anticuerpos
de gran diversidad. Para solucionar estos
• Detección no uniforme de las interacciones
problemas, se está recurriendo a la producción
entre proteínas: el empleo de técnicas de
de fragmentos de anticuerpos como scFvs o
marcaje en microarrays de proteínas supone
Fabs mediante librerías de fagos u otras, en
una limitación importante, ya que es imposible
lugar de producir anticuerpos en hibridomas que
lograr un marcaje homogéneo en mezclas de
suponen un alto coste.
proteínas debido a su diversidad y complejidad.
La detección de proteínas en un microarray
• Detección específica de proteínas: una
requiere un rango mucho más dinámico de
alternativa para la detección de proteínas es el
operaciones que el caso de los microarrays de
empleo de aptámeros. Estas moléculas
ADN, ya que la concentración de proteínas en el
consisten en ácidos nucleicos generalmente
interior de las células es muy variable. Esta
cortos y obtenidos por métodos de selección in
característica hace que sea necesario el empleo
vitro, que son capaces de reconocer y unirse a
de anticuerpos con afinidades variables, que
una molécula específica como una proteína o un
sean capaces de detectar proteínas a distintas
ligando.
concentraciones.
32
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
3.2. Tipos de microarrays
de proteínas
En función de la aplicación que se persiga con el
uso de microarrays de proteínas, se pueden
Los microarrays de captura de proteínas se pueden
construir mediante el empleo de diferentes agentes
de captura, dando lugar a los microarrays de
identificación de proteínas comerciales que se
recogen en la tabla 7. Los agentes de captura
empleados de manera más frecuente son:
clasificar en microarrays de detección de
proteínas y microarrays de función o interacción
de proteínas.
a. Anticuerpos: proteínas altamente específicas
producidas por el sistema inmune que
reconocen a los agentes infecciosos y otras
sustancias extrañas que invaden el organismo.
3.2.1. Microarrays de identificación
y cuantificación de proteínas
b. Affibodies: moléculas que mimetizan las
funciones de los anticuerpos y que se pueden
sintentizar de manera sencilla con una
Los microarrays de identificación de proteínas
determinada especificidad y afinidad de manera
constituyen herramientas muy útiles de
que se dirijan a una diana específica.
diagnóstico. Se basan en la captura de proteínas
por medio de moléculas de diversa naturaleza que
c. Aptámeros: moléculas de ADN o ARN capaces
permanecen ancladas a la superficie del
de reconocer y unirse a una molécula específica
microarray.
(proteína u otro ligando).
Affibodies
Aptámeros
Anticuerpos
Fig. 10. Modo de interacción de los affibodies, aptámeros y anticuerpos como agentes de captura.
Fuente: Joos, T. O. (2004). Microarray technology: an increasing variety of screening tools for proteomic research. Drug
Discovery Today. Vol. 3 (1):24-31.
En el caso de los microarrays basados en anticuerpos como agentes de captura, se emplean dos
estrategias de detección basadas en las técnicas de inmunoensayos. La primera consiste en un
inmunoensayo tipo sándwich, donde los anticuerpos se inmovilizan sobre la superficie del array, y las
proteínas que se unen a ellos serán detectadas por un segundo anticuerpo marcado. En el segundo tipo de
inmunoensayo, las proteínas interaccionan de manera similar con los anticuerpos inmovilizados, pero en
este caso las proteínas se marcan química o fluorescentemente antes de incorporarlas sobre el microarray,
sin necesidad de utilizar un anticuerpo adicional.
Sandwich
Captura de antígenos
Fig. 11. Estrategias de detección empleadas en los microarrays de proteínas.
Fuente: MacBeath, G. (2002). Protein microarrays and proteomics. Nature Genetics Suppl. Vol. 32:526-532.
33
La ventaja de los microarrays de identificación de
proteínas es que permiten la amplificación de la
señal, si bien en contrapartida la detección de
proteínas en bajas concentraciones es complicada
ya que para su unión deben competir con otras
proteínas presentes en mayores concentraciones.
La principal limitación de estos microarrays radica
en la necesidad de conseguir una elevada
especificidad de los anticuerpos inmovilizados y
en la precisión de la detección, que se encuentra
limitada por la reproducibilidad del experimento,
tanto de la preparación de la muestra como de su
deposición.
47
Los microarrays de proteínas han alcanzado el
mercado con una gran variedad tanto de superficies,
de sistemas de inmovilización de los agentes de
captura, y de agentes de captura en sí mismos. Por
el contrario, la tecnología de detección de la señal
empleada en estos ensayos es fundamentalmente la
fluorescencia. Esta variedad de productos
comerciales se muestra en la tabla 7 del presente
informe. Un ejemplo de los microarrays de detección
de proteínas que emplean anticuerpos es el
desarrollado por la empresa Chemicon, que ha
introducido en el mercado microarrays para la
detección de los perfiles de expresión de citoquinas
en muestras biológicas47.
ChemiarrayTM, Chemicon International Inc. (http://www.chemicon.com/Product/Research.asp).
34
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
PRINCIPALES TECNOLOGÍAS EMPLEADAS EN MICROARRAYS DE PROTEÍNAS
Empresa
Material del chip
Agente de captura
Detección de la señal
Ciphergen Biosystems
Sílice recubierto de
aluminio
Afinidad de metales,
cromatografía cargada o
hidrofóbica, anticuerpos
SELDI y MS
Lumicyte
Sílice
Afinidad de superficie
química, bioquímica o
biológica
SELDI y MS
Biacore
Vidrio recubierto con
capa de oro, superficie
de hidrogel de dextrano
NHS/EDC superficie
activada, superficie de Ni2+,
anticuerpos, estreptavidina
SPR
HTS Biosystems
Plástico con fina
retícula en la
superficie, recubierto
por fina capa de oro
Anticuerpos y fragmentos
de anticuerpos
SPR
Large Scale Biology
Plástico
Anticuerpos
Fluorescencia
Biosite Diagnostics
Plástico
Anticuerpos
Fluorescencia
Zyomyx
Sílice
Anticuerpos y fragmentos
de anticuerpos
Fluorescencia
Phylos
N/A
Estructuras de polipéptidos
basadas en fibronectina
Florescencia
Somalogic
N/A
Aptámeros
Fluorescencia
Akceli
Vidrio
CADN expresado por
células humanas
embrionarias de riñón
Fluorescencia
Packard Bioscience
Hidrogel de
poliacrilamida
Anticuerpos
Fluorescencia
Interactiva
Biotechnology
Alquiltioles de cadena
larga en superficie de
oro biotinilada
Captura de las moléculas
biotiniladas por
estreptavidina
Fluorescencia
Protometrix
Vidrio
Superficie recubierta de
Ni2+ para la captura de
proteínas marcadas con
Histidina
Fluorescencia
BD Biosciences
Vidrio
Anticuerpos
Fluorescencia
Molecular Staging Inc.
Vidrio
Anticuerpos y amplificación
por círculo rodante
Amplificación del ADN
marcado asociado
Tabla 7. Principales tecnologías empleadas en microarrays de proteínas.
Fuente: Hardiman, G., et al. (2002). Protein microarrays: challenges and promises. Pharmacogenomics. Vol. 3 (4): 1-10.
MS: Mass Spectrometry; NHS: N-hydroxysuccinimide; SELDI: Surface Enhanced Laser Desorption/Ionization; SPR: Surface
Plasmon Resonance.
35
3.2.2. Microarrays de función e
interacción de proteínas
Mediante los arrays de proteínas de función e
interacción se puede estudiar de manera
simultánea diferentes interacciones existentes
entre proteínas, proteína-oligosacárido, proteínaADN, y proteína-fármaco. Además estos
microarrays pueden emplearse en la verificación
de la diana de un determinado anticuerpo o bien
en la identificación del sustrato de una enzima, tal
y como se ha representado en la siguiente figura:
Receptor-ligando
Enzima-sustrato
Proteína-proteína
Proteína-oligosacárido
Proteína-ADN
Fig. 12. Microarrays de función e interacción de proteínas.
Fuente: Joos, T. O. (2004). Microarray technology: an increasing variety of screening tools for proteomic research.
Drug Discovery Today. Vol. 3 (1):24-31.
Las aplicaciones comerciales de los microarrays
una huella de la actividad celular de la kinasa,
de función e interacción se centran en los arrays
analizar los efectos y especificidad de sus
de interacción enzima-sustrato y proteína-
inhibidores, y determinar la actividad kinasa en
proteína:
una mezcla compleja de enzimas. Otra de las
empresas que desarrollan microarrays enzima-
• Arrays de interacción enzima-sustrato: la
sustrato es Jerini AG50, que ha lanzado el
búsqueda de sustratos para enzimas se ha
PepstarTM peptide microarray, con diferentes
centrado en gran medida en el desarrollo de
aplicaciones como el screening de sustratos
nuevas aplicaciones orientadas a la
específicos de enzimas y de proteasas, la
identificación de sustratos para proteínas
optimización de los sustratos enzimáticos ya
kinasas. Esta aplicación de los microarrays de
conocidos, el estudio de las rutas de
proteínas es de gran relevancia, ya que la
transducción de la señal, la detección de las
identificación de los sustratos de este tipo de
actividades enzimáticas contaminantes, o el
proteínas es un paso clave en la comprensión
mapeado de las regiones inmunodominantes de
de su función. Hasta ahora, este tipo de
los antígenos.
identificación resultaba muy lenta y costosa,
además de carecer de la sensibilidad
necesaria48.
• Arrays de interacción proteína-proteína:
esta estrategia está siendo comercializada por
la compañía Protometrix Inc. y ofrece un amplio
Entre las empresas que desarrollan microarrays
abanico de posibilidades para el estudio de la
de proteínas para estudiar la función de kinasas
interacción entre fármacos y proteínas, o bien
49
48
49
50
se encuentra PepScan . Esta empresa ha
el efecto de un determinado fármaco sobre las
lanzado al mercado el PepChip® Kinase
interacciones proteína-proteína con productos
microarray que permite la selección del
como el array que comercializa bajo el nombre
sustrato óptimo para ensayos de alto
de Yeast ProtoarrayTM PPI Proteome
rendimiento, de manera que se pueda generar
Microarray.
Invitrogen (http://www.invitrogen.com).
PepScan (http://www.pepscan.nl).
Jerini AG (http://www.jerini.com).
36
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
3.2.3. Microarrays de screening
inverso de proteínas
espectrometría de masas o bien mediante
anticuerpos específicos.
Mediante el screening inverso se inmovilizan
lisados celulares que representan todo el
repertorio de proteínas celulares en un
determinado estadío celular. La interacción
inespecífica de las proteínas con el soporte del
microarray tiene lugar mediante interacciones
electrostáticas, fuerzas iónicas o de Van der
Waals. Las proteínas capturadas en estos tipos de
arrays pueden ser identificadas mediante
Gracias a estos microarrays es posible realizar un
screening de todos los anticuerpos presentes en
el suero de un paciente en busca de una
determinada proteína diana. Las muestras de
tejido inmovilizado o de células pueden ser
empleadas para este tipo de ensayos. Estas
técnicas tienen un enorme potencial en la
detección de biomarcadores en análisis
proteómicos.
Lisado de proteínas
(detección por EM)
Lisado de proteínas
(detección por anticuerpos)
Células
Tejidos
Fig. 13. Microarrays de proteínas de screening inverso.
Fuente: Joos, T. O. (2004). Microarray technology: an increasing variety of screening tools for proteomic research.
Drug Discovery Today. Vol. 3 (1):24-31.
La principal ventaja de este tipo de microarray
reside en que las muestras inmovilizadas no
requieren un paso previo de desnaturalización ni
marcaje. Los microarrays de proteínas de
screening inverso permiten la identificación de
nuevos biomarcadores, el análisis de perfiles de
expresión de proteínas y el perfilado temprano de
la toxicidad y eficacia de fármacos potenciales.
Empresas como Zeptosens AG51 ofrecen este tipo
de plataformas de screening inverso, que en este
caso emplea el nombre comercial de
ZeptoMARKTM.
51
52
53
54
La empresa Ciphergen Biosystems Inc.52 también
ha desarrollado tecnologías de screening inverso
como SELDI53, que emplea espectrometría de
masas como método de lectura. Mediante la
comparación de los espectros de dos muestras
diferentes se pueden identificar las proteínas que
se expresan de manera diferencial a través de su
masa molecular. La tecnología SELDI es muy
apropiada para la detección rápida de las
diferentes cantidades de proteína total en
muestras diferentes, así como para la detección
de proteínas pequeñas y péptidos, si bien su uso
es limitado en proteínas de alto peso molecular o
proteínas de membrana54.
Zeptosens (http://www.zeptosens.com).
Ciphergen (http://www.ciphergen.com).
SELDI: desorción/ionización mediante láser asistida por matriz (Surface Enhanced Laser Desorption Ionization).
Joos, T.O. (2004) Microarray technology: an increasing variety of screening tools for proteomic research. Drug Discovery
Today. Vol. 3 (1):24-31.
37
4. Microarrays de carbohidratos
Los arrays de proteínas suministran una gran
cantidad de información acerca de la función e
interacciones de las proteínas que los arrays de
ADN no pueden proporcionar. No obstante, los
microarrays de proteínas no son suficientes para
analizar las modificaciones post-traduccionales
que sufren las proteínas, generalmente debidas a
la unión covalente de azúcares en un proceso
llamado glicosilación. Por otro lado, existe un
amplio número de procesos celulares en los que
están involucrados receptores de unión a
azúcares, por lo que los microarrays de
carbohidratos son una herramienta fundamental
en el estudio de los procesos biológicos en los que
están implicadas las proteínas de interés.
Los carbohidratos o azúcares complejos están
constituidos por mocosacáridos que pueden unirse
de formas muy diversas, dando lugar a distintos
tipos de oligosacáridos y polisacáridos con
diferentes configuraciones y ramificaciones. Las
interacciones entre proteínas y carbohidratos
están implicadas en numerosos procesos
biológicos de relevancia, que tienen lugar tanto
en el interior como en el exterior de la célula. En
los últimos años ha tenido lugar un desarrollo
continuo de herramientas moleculares que
permiten identificar estos oligosacáridos y las
proteínas con las que interactúan, aumentando en
gran medida la sensibilidad de los ensayos,
principalmente gracias a la espectrometría de
masas. Sin embargo, el progreso que han sufrido
las técnicas relacionadas con la identificación de
proteínas y ADN ha sido mucho mayor, por lo que
el análisis de oligosacáridos clave es una
asignatura pendiente. Una de las razones
55
56
57
principales radica en el hecho de que los
oligosacáridos no pueden ser clonados ni
amplificados, ya que son sintetizados por la
acción conjunta de múltiples glicotransferasas y
otras enzimas. Por otra parte, la cantidad de
oligosacáridos que pueden ser aislados es
generalmente muy limitada55.
Existen dos categorías de microarrays de
oligosacáridos en función del tipo de carbohidrato
inmovilizado. Los primeros están compuestos por
macromoléculas de tipo glicoproteínas y
polisacáridos, inmovilizados sobre soportes como
cristales cubiertos de nitrocelulosa o poliestireno.
Estos microarrays tienen una aplicación directa en
estudios serológicos con el fin de identificar
interacciones con anticuerpos y otras proteínas.
Este es el caso de microarrays de polisacáridos
como el dextrano e inulina, empleados en análisis
antigénicos de polisacáridos bacterianos. La
principal desventaja de este tipo de microarrays
de oligosacáridos radica en la imposibilidad de
identificar la secuencia del oligosacárido una vez
se ha producido la interacción. El segundo tipo de
microarrays de carbohidratos está formado por
monosacáridos como la N-acetilglucosamina, o
disacáridos como la lactosa, celobiosa o manosa
en forma de glucosaminas56. En este último tipo
de microarrays, la inmovilización al soporte se
consigue por medio de lectinas procedentes de
plantas o anticuerpos modificados por medio de la
enzima glicosiltransferasa. Una estrategia
alternativa que sigue el Consorcio de Glicómica
Funcional57 consiste en la biotinilización de
oligosacáridos y su posterior anclaje a una
superficie cubierta con estreptavidina.
Fukui, S., et al. (2002). Oligosaccharide microarrays for high-throughput detection and specificity assignments of
carbohydrate-protein interactions. Nature Biotechnology. Vol. 20: 1011-1017.
Feizi, T., et al. (2003). Carbohydrate microarrays- a new set of technologies at the frontiers of glycomics. Current Opinion
in Structural Biology. Vol. 13: 637-645.
Consortium for Functional Glycomics, CFG, NIH (http://www.functionalglycomics.org/static/consortium).
38
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Fig. 14. Espectrometría de masas para la identificación de los oligosacáridos
Fuente: Consortium for Functional Glycomics, CFG, NIH. (http://www.functionalglycomics.org/static/consortium).
Los neoglicolípidos58 son uno de los ejemplos de
considerable de ellos con el objeto de estudiar la
estos microarrays de carbohidratos. Los
especificidad de anticuerpos y otras proteínas de
neoglicolípidos inmovilizados en nitrocelulosa se
unión a carbohidratos. Una alternativa a la síntesis
han utilizado con proteínas específicas de unión a
química consiste en la síntesis enzimática mediante
carbohidratos para confirmar la predicción de las
reacciones catalizadas por enzimas como las
interacciones entre las proteínas y los
glicosiltransferasas o glicosidasas. La ventaja de
oligosacáridos59.
esta técnica radica en que los sustratos que se
utilizan en estas reacciones son naturales, mientras
que su principal desventaja reside en la escasa
4.1. Diseño de un microarray
de carbohidratos
El elemento más importante a tener en cuenta a
la hora de construir un microarray de
carbohidratos reside en la obtención de
monosacáridos u oligosacáridos puros. Los
principales métodos de obtención de estos
carbohidratos son la síntesis química o enzimática
y la extracción de oligosacáridos a partir de
fuentes naturales. La inmovilización de los
oligosacáridos es el siguiente paso clave en el
diseño de un microarray, y existen diversos
procedimientos y soportes.
disponibilidad de enzimas y su elevado coste60.
4.1.2. Aislamiento de oligosacáridos
de fuentes naturales
Los oligosacáridos con extremos reductores61 son
ideales para la derivatización o modificación de
sus grupos funcionales, necesaria en los procesos
de inmovilización de carbohidratos. Estos
oligosacáridos reductores pueden aislarse a partir
de leche y orina tanto animal como humana, o
bien pueden ser liberados de oligosacáridos
mediante enzimas hidrolíticas específicas. La
obtención de fragmentos de oligosacáridos a
partir de los polisacáridos de plantas y bacterias
también es posible mediante métodos químicos
4.1.1. Síntesis de oligosacáridos
como la hidrólisis, acetolisis o degradación de
Smith62. El aislamiento y purificación de
A pesar de la dificultad de la síntesis química de
oligosacáridos es un proceso muy laborioso que
oligosacáridos debido a su complejidad estructural,
implica la realización múltiples ensayos
se ha conseguido sintetizar un número
cromatográficos mediante HPLC63.
58
59
60
61
62
63
Los neoglicolípidos son oligosacáridos unidos a lípidos.
Fukui, S., et al. (2002). Oligosaccharide microarrays for high-throughput detection and specificity assignments of
carbohydrate-protein interactions. Nature Biotechnology. Vol. 20: 1011-1017.
Feizi, T., et al. (2003). Carbohydrate microarrays- a new set of technologies at the frontiers of glycomics. Current Opinion
in Structural Biology. Vol. 13: 637-645.
Extremo reductor o libre (R): grupo funcional que en presencia de O2 tiene mucha tendencia a oxidarse (-OH, -NH, -SH),
posibilitando la formación de nuevos compuestos y macromoléculas.
Feizi, T., et al. (2003). Carbohydrate microarrays- a new set of technologies at the frontiers of glycomics. Current Opinion
in Structural Biology. Vol. 13: 637-645.
HPLC, High Performance Liquid Chromatography (Cromatografía líquida de alta resolución).
39
y lectinas. Las lectinas son grupo de proteínas de
4.1.3. Inmovilización
de los carbohidratos
origen no inmune presentes en la mayoría de los
seres vivos, que comparten en común la
La inmovilización de carbohidratos se puede llevar a
cabo mediante dos estrategias, la inmovilización
covalente y no covalente. La inmovilización no
propiedad de unirse de forma específica y
reversible a carbohidratos. Esta propiedad hace
que las lectinas constituyan una herramienta muy
valiosa para el estudio de la estructura de
covalente inespecífica sobre placas de vidrio
cubiertas de nitrocelulosa puede ser empleada con
carbohidratos no modificados. Sin embargo, la
membranas celulares, determinación de la
patogenicidad de los microorganismos, tipaje de
grupos sanguíneos, y estudio de otros procesos
inmovilización de oligosacáridos mediante esta
técnica es dependiente de la longitud de las cadenas
de carbohidratos, siendo mayor la afinidad de
oligonucleótidos de alto peso molecular por los
soportes de nitrocelulosa. Ejemplos de carbohidratos
inmovilizados no covalentemente son polisacáridos
diversos, glicosaminoglicanos, glicoproteínas, o
neoglicolípidos. La inmovilización covalente de
carbohidratos se puede realizar tanto en soportes de
cristal como de oro, que previamente han de ser
funcionalizados mediante grupos tiol, maleimida o
benzoquinona. La unión covalente entre estos grupos
y los carbohidratos se realiza por medio de moléculas
de enlace unidas a los extremos de los carbohidratos
como los ciclopentanos y maleimidas64.
de reconocimiento mediados por interacciones
especificas de carbohidratos con receptores.
Los principales ejemplos de microarrays de
carbohidratos son los microarrays de antibióticos
aminoglicósidos y los microarrays de manosa:
• Los microarrays de antibióticos
aminoglicósidos se han empleado en la
determinación de las interacciones de los
antibióticos con dianas terapéuticas y enzimas
asociadas a resistencia frente a antibióticos. Esta
herramienta es de gran utilidad, ya que permite
acelerar el descubrimiento de nuevos antibióticos.
• Los microarrays del monosacárido manosa
han sido empleados en la caracterización de los
carbohidratos que específicamente se unen a las
4.2. Aplicaciones de los
microarrays de
carbohidratos
proteínas neutralizantes del virus de la
inmunodeficiencia humana (HIV). Estos estudios
podrían ser de gran relevancia para el desarrollo
de vacunas anti-VIH basadas en carbohidratos65.
La principal aplicación de los microarrays de
carbohidratos es el descubrimiento de compuestos
Un ejemplo de las diversas aplicaciones que un
terapéuticos implicados en diversos procesos
microarray de carbohidratos puede ofrecer se
fisiológicos, desde la aparición de una respuesta
encuentra en el producto comercial GlycoChip®,
inmune hasta procesos inflamatorios o infecciosos
desarrollado por la compañía israelí Glycominds.
desencadenados por bacterias o virus. La mayoría
Las aplicaciones de este microarray consisten en
de los microarrays de carbohidratos han sido
la identificación de nuevas proteínas con dominios
empleados como sistemas modelo para la
de unión a carbohidratos, y el cribado de
investigación de interacciones entre carbohidratos
anticuerpos frente a determinados glicanos.
Fig. 15. GlycoChip® empleado en la identificación de las interacciones
de glicanos con células T CD4.
Fuente: Glycominds Ltd (http://www.glycominds.com).
64
65
Disney, M. & Seeberger, P. (2004). Carbohydrate arrays as tools for the glycomics revolution. Drug Targets Today:
Targets. Vol. 3(4): 151-158.
Seeberger, P. H., et al. (2004). Carbohydrate arrays as tools for the glycomics revolution. Drug Discovery Targets. Vol. 3
(4): 151-158.
40
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
5. Microarrays de células
Hasta la fecha, el análisis in vivo de la expresión
que posteriormente expresan las proteínas
génica se realizaba únicamente gen a gen, por
codificadas por su secuencia. Una estrategia
medio de la introducción de un gen en un célula,
alternativa consiste en transfectar las células
y la posterior observación de su efecto fisiológico
inmovilizadas en el array con ARN interferente, de
o fenotipo. Los microarrays de células permiten el
modo que en vez de activarse la expresión de un
análisis de la expresión génica in vivo a gran
gen, se produzca el silenciamiento del mismo. Este
escala en células humanas y animales.
bloqueo de la expresión génica define un conjunto
de puntos en el array que se corresponderán con la
La estrategia empleada para su diseño consiste en
expresión del fenotipo esperado. Las principales
el cultivo de células sobre fragmentos de ADN
técnicas de detección empleadas en los
inmovilizados en un microarray. Estos fragmentos
microarrays de células son la hibridación in situ,
de ADN se transfectan o introducen en las células,
inmunofluorescencia y autorradiografía.
ADNc depositado en placa
1
3
2
Incubación de ADN con células
de mamífero para su transfección
Detección de las células transfectadas
a partir del fenotipo
Fig. 16. Diseño de un Microarray de células.
Fuente: Howbrook, D. N., et al. (2003). Developments in microarray technologies. Drug Discovery Today Vol. 8
Nº 14:642-651.
Aplicaciones de los microarrays de células
• Identificación de dianas terapéuticas mediante la caracterización funcional a gran escala de
productos génicos.
• Evaluación de la especificidad de fármacos candidatos.
• Identificación de las proteínas de unión en aquellos fármacos con mecanismos de acción
desconocidos o bien identificados mediante análisis basados en fenotipo.
• Análisis de pérdida de función mediante ARN interferente66.
66
El ARN de interferencia (ARNi) es una tecnología que se basa en el empleo de moléculas cortas de ARN de cadena
sencilla o doble para bloquear la expresión de genes específicos. El mecanismo del ARNi está presente en la naturaleza
como una respuesta celular innata que permite combatir las infecciones virales regulando la expresión del ARN.
41
Los microarrays de células ofrecen varias ventajas
de modificación transcripcional necesarios para el
frente a los microarrays de proteínas, debido a la
correcto funcionamiento de las proteínas, como
heterogeneidad de estas últimas y a la dificultad
por ejemplo proteínas de membrana, un tipo de
para mantener su estabilidad. El empleo de
diana muy común. Los microarrays de células
microarrays de células evita estos problemas,
transfectadas tienen una serie de ventajas sobre
además de permitir que tengan lugar los procesos
otros métodos convencionales de expresión67:
Principales ventajas de los microarrays de células
• Miniaturización, automatización y multiplexado del ensayo.
• Permite el empleo de diversos métodos de detección.
• Emplean los mismos arrayers robóticos que los microarrays de ADN y por ello pueden llegar a
densidades de hasta 6.000-10.000 clusters de células por soporte.
• Posibilidad de inmovilizar células en el array, permitiendo la detección de fenotipos transitorios
tales como cambios en la concentración de una determinada sustancia.
• Las proteínas son sintetizadas por las células inmovilizadas en el array, aumentando la probabilidad
de adquirir las necesarias modificaciones post-traduccionales.
Principales limitaciones de los microarrays de células
• El fenotipo observado debido a la transfección transitoria de las células puede no corresponderse
con la función celular del gen in vivo.
• Sólo es posible realizar esta técnica en células con eficiencias de transfección mayores del 1%.
• Requiere el diseño previo de colecciones de ADNc.
Cabe destacar el diseño de colecciones de ADNc como una limitación importante a la hora de elaborar
arrays de células de alta densidad. Actualmente existen distintas iniciativas en marcha para la creación de
colecciones de ADNc a partir del genoma humano68.
67
68
Sabatini, D. M. and Ziauddin, J. (2001). Microarrays of cells expressing defined cDNAs. Nature. Vol. 411: 107-110.
Bailey, S. N., et al. (2002). Applications of transfected cell microarrays in high-throughput drug discovery. DDT Vol. 7,
Nº 18 (Suppl.): 1-6.
Harvard Institute of Proteomics, Boston, MA, USA (http://www.hip.harvard.edu/research.html).
Mammalian Gene Collection, MGC (http://mgc.nci.nih.gov/).
42
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
6. Microarrays de tejidos
Los microarrays de tejidos (TMAs, Tissue
del análisis de tejidos de los pacientes
Microarrays) constituyen una de las más recientes
participantes en ensayos clínicos. Los métodos
novedades en el campo de los biochips. Consisten
empleados hasta el momento en el análisis y
en colecciones miniaturizadas de hasta 1.000
caracterización de tal cantidad de muestras de
muestras de tejidos inmovilizadas sobre un
tejidos hacían que el proceso de descubrimiento y
soporte, que permiten el screening de ADN, ARN
desarrollo de fármacos fuera largo, de alto coste y
y proteínas. Prácticamente la mayoría de los
con una difícil estandarización. La tecnología de
artículos publicados sobre microarrays de tejidos
microarrays de tejidos permite el análisis in situ a
están relacionados con el análisis de tumores,
gran escala de muestras de tejidos70 y aunque
aunque se ha demostrado su valor en otro tipo de
básicamente se emplea en estudios relacionados
patologías relacionadas con el sistema nervioso69.
con el cáncer, son de gran utilidad en cualquier
tipo de patologías en los que se necesitan
El proceso de desarrollo de fármacos está
muestras de tejidos como es el caso de estudios
compuesto por una serie de etapas que requieren
con tejido nervioso.
Ventajas derivadas del empleo de microarrays de tejidos
• Estandarización de los ensayos clínicos y moleculares en tejidos.
• Pueden someterse a un amplio rango de técnicas (tinción histoquímica e inmunológica, hibridación
in situ).
• Requerimiento de pequeñas cantidades de reactivos.
Limitaciones derivadas del empleo de microarrays de tejidos
• La cantidad de tejido empleada podría no ser representativa del tejido del que deriva (ej. Displasias y
carcinomas in situ).
• Requiere material de partida fijado en formol e incluido en parafina.
Según se muestra en la figura 17, la construcción de un microarray de tejidos requiere la extracción previa
de muestras de tumor en forma de pequeños cilindros de 0,6 mm de diámetro que posteriormente se
insertan en las cavidades a medida de un bloque de parafina. La transferencia de estas secciones de tejido
a una placa se facilita mediante el empleo de láminas adhesivas.
69
70
Sauter, G., et al. (2003).Tissue microarrays in drug discovery. Nature Review: Drug discovery 2: 962-972.
Hillan, K., et al. (2003). Tissue microarrays in drug discovery. Nature Reviews in Drug Discovery. Vol. 2 (962-972).
43
b
c
e
a
d
Fig. 17. Diseño de un microarray de tejidos.
Fuente: Hillan, K., et al. (2003). Tissue microarrays in drug discovery. Nature Reviews in Drug Discovery. Vol. 2 (962-972).
Una de las posibilidades que ofrecen los
microarrays de tejidos es su combinación con
microarrays de ADNc para la validación de los
resultados obtenidos con estos últimos. De esta
manera, se pueden obtener perfiles de expresión
mediante microarrays de tejidos para aquellos
genes que se expresen de manera diferencial en
tejidos sanos y enfermos.
Aplicaciones de los microarrays de tejidos en combinación con microarrays de ADNc:
• Determinación de la distribución celular y subcelular de las dianas moleculares.
• Integración de la información obtenida a nivel de ADN, ARN y proteína sobre una misma diana
molecular.
• Validación in vivo de los resultados obtenidos del análisis de líneas celulares o de modelos
animales de enfermedades en muestras de tejidos de pacientes.
• Extensión de los resultados obtenidos del análisis de un número limitado de arrays de ADNc a una
cohorte epidemiológicamente representativa mediante arrays de tejidos.
• Exploración de la prevalencia de las potenciales dianas en diferentes estados de progresión del
tumor.
• Correlación de los datos moleculares con evidencias clinicopatológicas de los pacientes.
44
Ventajas
• Requieren pequeñas cantidades de reactivos.
• Amplio rango de técnicas de detección (tinción histoquímica e
inmunológica, hibridación in situ).
• Estandarización de los ensayos clínicos y moleculares en tejidos.
• Análisis de proteínas que sufren modificaciones posttranscripcionales.
• Detección de fenotipos transitorios (ej. cambios en la concentración).
• Empleo de diversos métodos de detección.
• Miniaturización, automatización y multiplexado del ensayo.
• Análisis de las modificaciones post-traduccionales de glicosilación
que sufren ciertas proteínas.
• Análisis de proteínas que sufren modificaciones posttranscripcionales.
• Análisis proteómico funcional.
• Análisis de expresión génica, genotipado, e hibridación genómica
comparada.
• Estandarización y amplio desarrollo de la técnica.
Tabla 8. Ventajas y desventajas de los distintos tipos de microarrays.
Fuente: Elaboración propia.
Microarrays de tejidos
Microarrays de células
Microarrays de carbohidratos
Microarrays de proteínas
Microarrays de ADN
Tipos de microarrays
Desventajas
• Requiere material de partida fijado en formol e incluido
en parafina.
• La cantidad de tejido empleada podría no ser
representativa del tejido del que deriva.
• Requiere el diseño previo de colecciones de ADNc.
• Eficiencia de transfección necesaria mayor del 1%.
• El fenotipo observado debido a la transfección
transitoria de las células puede no corresponderse con
la función celular del gen in vivo.
• La cantidad de oligosacáridos que pueden ser aislados
es generalmente muy limitada.
• Los oligosacáridos no pueden ser clonados ni
amplificados.
• Menor desarrollo que otros tipos de microarrays.
• Detección no uniforme de las interacciones entre
proteínas.
• Fenómenos de reactividad cruzada.
• Deshidratación de las proteínas
• Detección específica de proteínas.
• Disponibilidad de proteínas y anticuerpos específicos.
• Requieren de moléculas adaptadoras para anclar las
proteínas al soporte.
• Dependencia de la calidad y cantidad de información
existente para el diseño de las sondas.
• No permiten analizar proteínas que sufren
modificaciones post-transcripcionales.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE MICROARRAYS
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
45
7. Aplicaciones de los microarrays
en salud humana
Las principales aplicaciones de las tecnologías de
microarrays en salud humana son muy diversas y
están interrelacionadas entre si, pudiéndose
emplear clasificaciones que hacen referencia a los
usuarios de la tecnología (industria farmacéutica,
clínica o académica), o bien al tipo de estudio que
se puede llevar a cabo (genotipado o expresión
génica). Para los propósitos del presente informe,
las aplicaciones de los microarrays se han dividido
en cinco sectores que se corresponden con la
identificación de dianas terapéuticas,
descubrimiento y desarrollo de fármacos,
diagnóstico clínico, farmacogenómica y
farmacogenética, e investigación básica.
7.1. Identificación de dianas
terapéuticas
La comparación de los niveles de expresión de
genes en tejidos enfermos y sanos permite la
identificación de genes implicados en
enfermedades de interés, así como la asociación
con las proteínas que forman parte del proceso
patológico. Esta información es imprescindible
para el desarrollo de fármacos que actúen
bloqueando o modulando los mecanismos
moleculares de la enfermedad.
Las técnicas de análisis de la expresión génica
mediante microarrays de ADN se emplean en la
identificación de nuevas dianas terapéuticas, como
parte de las primera etapas del proceso de
investigación en la industria farmacéutica. El estudio
de interacciones proteína-proteína es también otra
de las estrategias tenidas en cuenta, para la cual los
microarrays de proteínas son de gran utilidad.
Descubrimiento
de dianas
Identificación
de dianas
Validación
de dianas
Descubrimiento
de fármacos
Selección
de compuestos
Optimización
de compuestos
Desarrollo
de fármacos
Fase
Preclínica
Fase
Clínica
Fig. 18. Fases principales del desarrollo farmacológico.
Fuente: Whittaker P. A. (2003). What is the relevance of bioinformatics to pharmacology? Trends In Pharmacological
Sciences, 24 (8):434-439.
46
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
7.2. Descubrimiento
y desarrollo de fármacos
El proceso de descubrimiento y desarrollo de
fármacos se ha beneficiado del uso de
herramientas genómicas de alto rendimiento
como los microarrays de ADN, que hacen posible
el análisis de la expresión génica en miles de
muestras simultáneamente. El empleo de biochips
permite analizar de forma rápida los cambios de
expresión génica que tienen lugar durante la
administración de un fármaco, así como la
localización de nuevas posibles dianas
terapéuticas y efectos toxicológicos asociados. Por
otra parte, los microarrays de carbohidratos
poseen un papel fundamental en el
descubrimiento de compuestos terapéuticos
implicados en diversos procesos fisiológicos,
desde la aparición de una respuesta inmune hasta
procesos inflamatorios o infecciosos
desencadenados por bacterias o virus.
El objetivo principal de la toxicogenómica radica
en el estudio de los cambios que se producen en
el perfil de expresión génica como respuesta a
sustancias tóxicas para el organismo. Los
microarrays pueden ser utilizados por tanto en
ensayos de toxicidad, seguridad y efectividad del
fármaco candidato como parte integral de los
estudios clínicos. Las principales ventajas del
empleo de microarrays durante los estudios de
toxicidad radica en que permiten reducir el
empleo de animales en los ensayos clínicos y
proporcionan una herramienta de gran utilidad en
enfermedades complejas para los cuales no
existen modelos animales disponibles.
La determinación de la toxicidad de un fármaco
durante las primeras fases del desarrollo
farmacéutico permite ahorrar tiempo y dinero, de
forma que sólo superen estas etapas preliminares
los candidatos más adecuados.
Fase I
Test de seguridad
en individuos sanos
(30-100 indiv.)
Fase II
Test de seguridad e
impacto en el estado
patológico (cientos de
pacientes)
Fase III
Fase IV
Test de seguridad,
impacto, dosificación y
estudios comparativos
(miles de pacientes)
Tecnologías de microarrays
ETAPAS DEL DESARROLLO DE UN FÁRMACO
Monitorización del
fármaco (estudios
post-marketing)
Fig. 19. Situación de los estudios toxicológicos en las distintas fases de ensayos clínicos que forman parte del proceso de
desarrollo de fármacos.
Fuente: Elaboración propia.
47
Por otra parte, la identificación de microorganismos
patógenos (virus, bacterias, hongos o protozoos)
mediante microarrays de ADN es de gran utilidad en
el diagnóstico de patologías infecciosas y otra serie
de aplicaciones relacionadas con la microbiología
clínica71. Los microarrays de ADN pueden emplearse
7.3. Diagnóstico clínico
El diagnóstico molecular de enfermedades se
realiza principalmente mediante microarrays de
ADN, que permiten el estudio de los posibles
polimorfismos y la detección de mutaciones en
genes complejos asociados a una enfermedad
concreta. Por otro lado, los microarrays también
se pueden emplear en el ámbito clínico para la
diagnosis de diferentes tipos de tumores gracias a
sus perfiles de expresión génica o patrones
moleculares. El análisis de la expresión génica de
los pacientes y la consiguiente identificación de
patrones de expresión posee un impacto directo
en el diagnóstico molecular del cáncer. De esta
forma, cuanto mayor sea la capacidad para
clasificar un tumor determinado, se dispondrá de
mayor información acerca de la biología y el
pronóstico del tumor.
en la detección simultánea de un amplio número de
microorganismos, incluyendo bacterias, virus,
parásitos y hongos. La finalidad del empleo de
microarrays en microbiología abarca múltiples
aplicaciones, que van desde la comprensión de la
biología de los microorganismos, el estudio de los
mecanismos de resistencia frente a antibióticos, la
identificación de las cepas o serotipos, a la
caracterización de nuevas dianas génicas con valor
terapéutico. Tanto los análisis de SNPs como de
expresión génica mediante microarrays de ADN
permitirían identificar los mecanismos implicados en
la resistencia de patógenos a ciertos agentes
antimicrobianos72.
EBV
HHV-6
KSHV
HIV-1
Amplificación
por PCR
Infection
HTLV-1
HTLV-2
HCV
Fabricación
del chip
Marcaje
fluorescente
Hibridación
Aislamiento
de ADN
• Detección de secuencias virales y subtipos
Detección de la
señal y análisis
Fig. 20. Aplicación de los microarrays en el diagnóstico de VIH.
Fuente: Shieh, B. & Li, C. (2004). Multi-faceted, multi-versatile microarray: simultaneous detection of many viruses and
their expression profiles. Retrovirology 26 May, 1:11.
71, 72
48
Doménech-Sánchez, A. & Vila, J. (2004). Fundamento, tipos y aplicaciones de los arrays de ADN en la microbiología
médica. Enferm. Infecc. Microbiol. Clin. 22(1):46-54.
Bryant, P. A., et al. (2004). Chips with everything: DNA microarrays in infectious diseases. Lancet Infect. Dis. 4:100-111.
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Es interesante señalar que no sólo los microarrays
de ADN se emplean en las aplicaciones
relacionadas con el diagnóstico, ya que los
microarrays de proteínas muestran un gran
potencial como herramientas de diagnóstico
clínico en alergias humanas de distinta índole.
Otra posible aplicación de este tipo de
microarrays de proteínas es la posibilidad de
desarrollar estudios de inmunogenicidad para su
potencial aplicación en el desarrollo de vacunas.
En este tipo de estudios se podrían inmovilizar
diferentes epítopos73 y analizar que anticuerpos
presentan una mayor respuesta, o bien analizar
simultáneamente una gran cantidad de
anticuerpos frente a un mismo antígeno.
Principales aplicaciones de los microarrays en microbiología clínica:
• Estudio epidemiológico molecular de microorganismos: identificación de los genes responsables de
una menor patogenicidad en determinadas cepas de microorganismos. Ejemplo: Microarray de ADN
con genes de 19 cepas diferentes de M. tuberculosis.
• Diagnóstico microbiológico: la mayoría de los arrays empleados hasta le fecha en diagnóstico
clínico consisten en arrays de baja densidad. Ejemplos: estos arrays se centran fundamentalmente
en la detección de varias especies de un mismo género de bacterias (Staphylococcus sp.
Pseudomonas sp.), presencia de parásitos infecciosos (Cryptosporidium sp.), o en el ámbito de la
virología clínica, básicamente en su utilización en el genotipado del virus VIH.
• Estudio de los mecanismos de acción y de resistencia a los agentes antimicrobianos: los
microarrays de ADN se han empleado para el estudio del mecanismo de acción de ciertos
compuestos frente a determinados microorganismos, así como en el análisis de la resistencia a
antibióticos mediante detección de genes específicos o mutaciones. Ejemplo: Microarrays de ADN
para la detección de resistencia a rifampicina en M. tuberculosis.
7.4. Farmacogenómica
y farmacogenética
El último objetivo de la farmacogenómica consiste
en definir una enfermedad a nivel molecular de
tal manera que las herramientas preventivas y
terapéuticas de las que se disponga puedan
Las estrategias de farmacogenética y
farmacogenómica constituyen otras de las áreas de
aplicación de los microarrays de ADN. La
farmacogenética consiste en el estudio de las bases
genéticas que influencian la respuesta individual a
los fármacos, mientras que el término
farmacogenómica es más amplio y se suele referir a
frenar o mitigar los efectos de la enfermedad. Las
aplicaciones clínicas de la farmacogenómica se
encuentran dirigidas al empleo de estrategias
terapéuticas más efectivas en función del perfil
genómico del paciente, permitiendo identificar
aquellos fármacos y dosificaciones de los mismos
las aplicaciones comerciales de la tecnología
para los cuales el paciente ofrece una respuesta
genómica en el desarrollo de fármacos y terapia. La
óptima. De la misma forma, es posible identificar
combinación de los datos obtenidos a partir de la
los medicamentos o concentraciones de los
identificación de SNPs, junto con la información
mismos que desencadenan reacciones de
recopilada del estudio de perfiles de expresión
toxicidad en algunos pacientes. Esta
génica, permite establecer una correlación entre el
estratificación de la enfermedad en función del
genotipo y el fenotipo de un determinado individuo.
genotipo del paciente, haría posible además la
73
Epítopo: región de la superficie de un antígeno que las moléculas de anticuerpos pueden identificar y a la cual se pueden
fijar. Antígeno: Sustancia que el organismo reconoce como extraña y posiblemente perjudicial.
49
salida al mercado de nuevos fármacos, dirigidos a
llevará a cabo a través de estudios de
segmentos de la población para los cuales los
epidemiología genética.
medicamentos actuales no resultan eficaces. Por
Otro de los usos más prometedores de los
poblaciones permitirá conocer la predisposición
microarrays consiste en el empleo de los patrones
individual de cada persona a sufrir algún tipo de
de expresión como predictores de la respuesta al
enfermedad, antes incluso de que aparezcan los
tratamiento. Se conocen datos confirmatorios en
síntomas, permitiendo así la realización de una
relación con el tratamiento de linfomas, leucemias
mejor y auténtica medicina preventiva. Esto se
agudas y cáncer de mama74.
{
último, el conocimiento del perfil genético de las
ARNm
Microarrays
Subgrupo 1:
gen inactivo
Subgrupo 2:
gen activo
Distinto Genotipo
Respuesta a fármacos, toxicidad, predisposición a desarrollar determinadas enfermedades, etc.
Fig. 21. Tecnologías de microarrays de ADN aplicadas a la farmacogenómica.
Fuente: Elaboración propia.
7.5. Investigación básica
de servir como paso previo en el proceso de
desarrollo de fármacos. Los microarrays de ADN
permiten estudiar la función de los genes
El estudio de la regulación de genes por medio de
facilitando la identificación de aquellos que están
microarrays de ADN ha proporcionado ingentes
activados de forma diferencial cuando se
cantidades de datos de gran valor para la
comparan dos condiciones diferentes, como por
identificación de genes involucrados en procesos
ejemplo un tejido sano y otro afectado por algún
patológicos, fisiológicos y de desarrollo, además
tipo de patología.
74
Cigudosa, J. C. (2004).The microarray revolution in biomedical research: types of platforms, uses and perspectives in
oncology .An. Sist. Sanit. Navar. 27 (1): 11-20.
50
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Cultivos
celulares
Tejido
sano
Tejido
enfermo
ARNm
Microarrays
Distinta expresión génica
Identificación de genes implicados en procesos biológicos de interés
Fig. 22. Tecnologías de microarrays de ADN aplicadas a la investigación básica.
Fuente: Elaboración propia.
Este tipo de estudios se pueden complementar con
microorganismos, tipaje de grupos sanguíneos, y
análisis realizados mediante otros tipos de
otros procesos de reconocimiento mediados por
microarrays, como por ejemplo microarrays de
interacciones especificas de carbohidratos con
proteínas, anticuerpos, células o tejidos. Por otra
receptores. Los microarrays de ADN también se han
parte, los microarrays de carbohidratos ofrecen
empleado en la investigación de patógenos
grandes ventajas como sistemas modelo para la
bacterianos, tanto de los factores de patogenicidad
investigación de interacciones entre carbohidratos y
del organismo, como de la respuesta de la célula
lectinas. Éstas constituyen un grupo de moléculas
hospedadora frente a la acción del microorganismo
muy valiosas para el estudio de la estructura de
(Ejemplo: Microarrays de ADN que contienen genes
membranas celulares, patogenicidad de
constituyentes del genoma de H. pylori75).
APLICACIONES DE LAS TECNOLOGÍAS DE MICROARRAYS EN SALUD HUMANA
Tipos de microarrays
ADN
Proteínas
Carbohidratos
Células
Tejidos
Identificación de dianas
terapéuticas
√
√
√
√
√
Descubrimiento y
desarrollo de fármacos
√
√
√
√
√
Fármacogenómica
√
Diagnóstico clínico
√
√
√
Investigación básica
√
√
√
√
√
Tabla 9. Aplicaciones de las tecnologías de microarrays en salud humana.
Fuente: Elaboración propia.
75
Doménech-Sánchez, A.; Vila, J. (2004). Fundamentos, tipos y aplicaciones de los arrays de ADN en la microbiología
médica. Enferm. Infecc. Microbiol. Clin. Vol. 22 (1):46-54.
51
8. Barreras existentes para la implantación
de los microarrays
La técnica de microarrays cuenta con una serie de
portabilidad. Algunos estudios recientes ya
barreras a su desarrollo que, si bien durante los
señalan la relevancia de la estandarización en la
últimos años se está trabajando de manera activa
utilización correcta de microarrays77. La FDA78
en solventarlas, no dejan de seguir siendo
ha puesto en marcha en el año 2005 un
importantes.
proyecto denominado MAQC (MicroArray Quality
Control Project)79, que pretende proporcionar a
• Entre las principales limitaciones de los
la comunidad científica herramientas de control
microarrays está su precio, ya que pese al
de calidad en microarrays. El objetivo último de
descenso paulatino de su coste, sigue siendo
este proyecto consiste en la elaboración de una
una técnica cara que en muchos casos no
guía de referencia que facilite la estandarización
permite incorporarla como un análisis rutinario.
del uso de microarrays, como complemento a la
guía sobre farmacogenómica publicada a
• En cuanto a las limitaciones técnicas, la
comienzos del año 2005 por la misma agencia80.
reproducibilidad de los arrays de expresión es
la que más se cita entre los usuarios de esta
• Hasta ahora, la cantidad de muestra
tecnología. Hay que tener en cuenta que la
necesaria para ser analizada era un factor
variabilidad de los parámetros implicados en
limitante, pero gracias a la aportación de
estos análisis ha de ser mínima y la detección
diferentes tecnologías de miniaturización como
de pequeños cambios en la expresión de genes
la microfluídica y la nanotecnología, el problema
únicamente deberían ser atribuidos a la biología
de la cantidad de muestra está reduciendo
de la muestra en sí. En la actualidad existe la
progresivamente su impacto.
posibilidad de cuantificar la integridad del ADN,
favoreciendo la fiabilidad y robustez de los
• El Proyecto Genoma Humano ha permitido la
microarrays. Varios estudios publicados en el
construcción de mapas genéticos y físicos
último año destacan el descenso de la
detallados del genoma humano, así como
variabilidad técnica entre las principales
determinar su secuencia y localizar la posición de
plataformas tecnológicas de microarrays de
los genes que lo componen. Esta información ha
ADN, lo que indica un mejor conocimiento de
sido de gran valor a la hora de desarrollar
esta tecnología y mayor experiencia en el
microarrays de ADN, a pesar de que la anotación
correcto uso de dichas herramientas76.
incorrecta o incompleta de secuencias del
genoma puede dar lugar a errores que pueden
• Dado que es una tecnología que aún se
76
77
78
79
80
pasar desapercibidos. La anotación de secuencias
encuentra en desarrollo, resulta difícil su
va paulatinamente ganando en exactitud a medida
estandarización, una necesidad que está
que se dispone de más información, lo que
favoreciendo el uso de microarrays de oligos
permite no sólo identificar la secuencia, sino
frente al ADNc por su mejor estandarización y
además describir su función.
Sherlock, G. (2005). Of fish and chips. Nature Methods 2:329-30; Irizarry, et al. (2005). Multiple-laboratory comparison
of microarray platforms. Nature Methods 2: 345-50; Larkin et al. (2005). Independence and reproducibility across
microarray platforms. Nature Methods 2: 337-44; Weis, B. K. (2005). Standardizing global gene expression analysis
between laboratories and across platforms. Nature Methods 2:351-356.
Michiels, S., et al. (2005). Prediction of cancer outcome with microarrays: a multiple random validation strategy. Lancet.
5-11;365(9458):488-92.
FDA, Food & Drug Administration, USA (http://www.fda.gov/default.htm).
MicroArray Quality Control (MAQC) Project (http://www.fda.gov/nctr/science/centers/toxicoinformatics/maqc).
Guidance for Industry: Pharmacogenomic Data Submissions (2005). FDA, March.
(http://www.fda.gov/cder/guidance/6400fnl.pdf).
52
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
• Por último, una característica inherente a las
tecnologías basadas en microarrays es la gran
cantidad de información que se genera a partir
de ellas. El manejo de los datos obtenidos a
partir de estos experimentos y su análisis
posterior es uno de los mayores retos ante los
que se enfrenta esta tecnología81. Para lograr
superar esta barrera, se está avanzando
considerablemente en el desarrollo de
herramientas bioinformáticas entre las que
podemos mencionar las técnicas de minería de
datos como el clustering, el análisis estadístico,
81
los algoritmos genéticos, las redes neuronales,
las herramientas de preprocesamiento de datos,
la representación de modelos biológicos, la
biología computacional o la minería de textos.
Actualmente se está avanzando
considerablemente en el desarrollo de
herramientas bioinformáticas en el contexto de
la genómica funcional, que permiten el
almacenaje de información, agrupación de
genes en base a una determinada característica,
selección de características relevantes y su
correlación.
The ABRF MARG Survey 2005: Taking the Pulse of the Microarray Field.
(http://www.abrf.org/index.cfm/group.show/Microarray.30.htm).
53
9. Perspectivas de mercado de los
microarrays y biochips en salud humana
Hace unos años las perspectivas de las
tecnologías de microarrays y biochips auguraban
un futuro prometedor en este campo, aunque
todavía no se observaba una implantación
generalizada de la técnica. La situación actual
confirma estas previsiones al revelar un aumento
exponencial en cuanto a las publicaciones
relacionadas con microarrays y biochips, así como
un crecimiento en las patentes concedidas en los
últimos años, lo que demuestra alto interés
comercial por las tecnologías de microarrays y
biochips.
Nº de publicaciones
12.000
8.000
4.000
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Año
600
Nº de patentes
500
400
300
200
100
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Año
Fig. 23. Crecimiento del número de publicaciones y patentes relacionadas con microarrays y biochips.
Fuente: Elaboración propia (datos obtenidos de PubMed, USPTO, esp@cenet).
54
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Según datos publicados en octubre de 2004 por la
valor de 875 millones de dólares para esta fecha,
empresa consultora estadounidense Freedonia
mientras que la demanda de productos
Group82, la demanda de productos y servicios
relacionados y servicios, tales como reactivos,
relacionados con biochips está sufriendo
instrumentación, software, soporte técnico y
aumentos progresivos anuales desde el año 2003,
contratación de servicios, completarán el total de
que alcanzarán la cifra de 2.100 millones de
los 2.100 millones de dólares. Las tendencias
dólares en el año 2008. La demanda de
detectadas por este estudio se resumen en el
microarrays o biochips por separado tendrá un
siguiente cuadro.
Perspectivas de demanda de productos y servicios relacionados con biochips en el año
2008 (Freedonia Group, Inc.):
• Los microarrays de ADN continuarán siendo los principales productos que generan la mayor
demanda, aunque los microarrays de proteínas sufrirán una expansión mucho más rápida debido al
crecimiento del campo de la Proteómica en los últimos años.
• Los microarrays de alta sensibilidad y kits de procesamiento de muestras proporcionarán un
valor añadido y oportunidades de crecimiento.
• La demanda total para instrumentación de biochips se espera que alcance los 263 millones de
dólares en el año 2008, con un crecimiento anual del 13% a partir del 2003.
• Las oportunidades de crecimiento para la detección, preparación de muestras y equipamiento
en hibridación continuarán expandiéndose debido a la diversificación de las investigaciones
proteómicas.
• La demanda de software especializado aumentará considerablemente ya que cada vez es más
frecuente el empleo de programas sofisticados por parte de los investigadores. Estos programas
son capaces de almacenar inmensas cantidades de datos procedentes de los microarrays, así como
descifrar la complejidad de los perfiles de expresión de genes y proteínas.
• Se prevé que el mercado relativo a los servicios relacionados con biochips crecerá a un ritmo del
19% anual a partir del 2003, alcanzando los 600 millones de dólares para el año 2008.
• En cuanto a las labores de consultoría y contratos de investigación el crecimiento del 23%
continúa situándolos en cabeza, debido principalmente a que las grandes compañías farmacéuticas
contratan estas labores a terceros con mayor frecuencia.
• Por último, las oportunidades de crecimiento de la demanda en soporte técnico y
mantenimiento de instalaciones en microarrays se mantendrán en alza, como consecuencia de la
renovación de instalaciones antiguas por otras más modernas.
El crecimiento de la demanda de productos y
servicios relacionados con biochips estará dirigido
principalmente por las aplicaciones en
descubrimiento de fármacos e investigación
epidemiológica, siendo el análisis de proteínas y
del perfil de expresión génica las técnicas que se
expanden con mayor velocidad.
82
Debido a que el descubrimiento de fármacos sigue
siendo la principal aplicación de los biochips, el
mercado de la industria de los biochips está
compuesto fundamentalmente por empresas
farmacéuticas, biotecnológicas y grandes centros
de investigación. Otros mercados secundarios
como proveedores médicos, agencias
gubernamentales de salud, medicina forense y
agroalimentación, no serán tan relevantes,
limitándose a aprovechar nichos de mercado en
productos concretos.
Freedonia Group, Inc. Freedonia Study “Biochips” (http://www.freedoniagroup.com/pdf/1854smwe.pdf).
55
10. Situación de la investigación y desarrollo
en España en el área de microarrays
aplicados a la salud humana
Una de las principales aplicaciones de los
uno de los ejemplos a resaltar. Este microarray ha
microarrays de ADNc es el estudio de los niveles
sido desarrollado a partir de la actividad
de expresión de genes orientado a la
investigadora de la Fundación de
caracterización de tumores. Cabe destacar dentro
Hipercolesterolemia Familiar con la
de esta aplicación el esfuerzo llevado a cabo por
colaboración del Departamento de Bioquímica y
el Centro Nacional de Investigaciones
Biología Molecular de la Universidad de
Oncológicas (CNIO) para el desarrollo del
Zaragoza, y con el soporte tecnológico de
OncoChip83, que constituye la única plataforma
Progenika-MedPlant. El Lipochip® constituye el
de análisis de expresión génica múltiple
primer test genético para el diagnóstico de la
específicamente dedicada a cáncer que se fabrica
Hipercolesterolemia Familiar y recoge 224
en España. El Oncochip representa alrededor
mutaciones del gen que codifica el Receptor LDL,
de 9.300 genes de las formas de cáncer más
cuyo mal funcionamiento es el responsable de
frecuentes y relevantes como el cáncer de mama,
esta enfermedad. Gracias a la detección precoz de
colorrectal, pulmón, linfomas, leucemia y tumores
este tipo de enfermedad, se puede establecer un
urinarios como el de riñón, vejiga o próstata. El
tratamiento adecuado que reduce
80% de los genes representados en el Oncochip
considerablemente los riesgos cardiovasculares
han sido seleccionados por su función biológica
asociados a esta enfermedad.
directamente relacionada con procesos tumorales
como angiogénesis, adhesión celular, apoptosis y
En la misma línea de diagnóstico, la empresa
metástasis, o por su expresión anómala en tejidos
Progenika en colaboración con el Servicio de
tumorales. El 20% restante son genes de interés
Gastroenterología del Hospital Clínico de
por su localización en regiones cromosómicas
Barcelona ha desarrollado un chip de ADN capaz
donde se detectan frecuentes alteraciones. El
de analizar el diagnóstico y pronóstico de la
empleo de este microarray en la caracterización
Enfermedad Inflamatoria Intestinal (EII) a
de tumores permitirá establecer la relación de los
través del análisis de un panel de polimorfismos
patrones de expresión génica de los distintos
de nucleótidos (SNPs). En el caso del biochip para
tipos de tumor con el comportamiento clínico de
la EII, la información obtenida del análisis de
los mismos, y definir criterios de tratamiento
cada SNP aporta información sobre factores de
diferenciado para cada tipo de tumor basados en
riesgo distintos, como la agresividad de la
su perfil de expresión génica.
dolencia, la necesidad de cirugía o la localización
de la patología a lo largo de todo el tracto
En cuanto a la utilización de los microarrays de
digestivo. Esta nueva herramienta genética
ADNc en el diagnóstico, tratamiento y
dirigida al diagnóstico de la colitis ulcerosa y la
seguimiento de enfermedades, el Lipochip®84
enfermedad de Crohn, cuenta hasta el momento
comercializado por Laboratorios Lácer, S.A. es
con 46 genes relacionados con esta enfermedad.
83
84
CNIO OncoChip (http://bioinfo.cnio.es/data/oncochip).
Lipochip® (http://www.meiga.info/documentos/lipochip.pdf).
56
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Además de los genes de mayor importancia en la
EII, como el PAI-1 (inhibidor de la activación del
plasminógeno), el CRAD-15 o el HLA de clase 2,
también se han incluido otros relacionados con la
respuesta del organismo del paciente a los
fármacos con los que se trata la patología
gástrica, con el fin de valorar cómo reaccionan
ante determinados tratamientos.
En el anexo II y III se recogen las empresas
españolas con productos y servicios de
microarrays así como las empresas con
desarrollos bioinformáticos aplicados a
microarrays. Por otra parte, los principales
proyectos de investigación llevados a cabo por
grupos españoles se encuentran recogidos en el
anexo IV del presente informe.
El empleo de microarrays de ADN por parte de
grupos de investigación españoles se ha visto
potenciado por medio de iniciativas para el
fomento del uso de estas tecnologías como la de
Genoma España. Con esta convocatoria, se
pretende incentivar el empleo de microarrays de
ADN para medir la expresión de los genes gracias
a la cofinanciación de Genoma España, que
permite por tanto rebajar el precio final de las
casas comerciales. De momento existen ya cuatro
agrupaciones (Genochip, Aginet, AEMCES y
CEMAB), que ofrecerán distintos servicios, aunque
la convocatoria sigue abierta hasta noviembre del
2006.
57
“Convocatoria de ayudas para el fomento del uso de tecnologías microarrays de ADN para el
análisis de expresión génica” (20 de diciembre de 2005)
Objetivo y duración
El objetivo de esta convocatoria de Genoma España es aumentar la competitividad de la investigación
pública española en genómica, biomedicina y biotecnología mediante el incremento del consumo de
microarrays para el análisis de expresión génica. Esta iniciativa ha supuesto un ahorro en los costes de
un 40%. El plazo de presentación de solicitudes comienza el 15 de noviembre de 2004 y la convocatoria
se mantiene abierta hasta el 14 de noviembre de 2006.
Situación económica
Genoma España dispone de 1.000.000 de euros para el presente año. Entre las cuatro agrupaciones se
han requerido un total de 1.490.878 euros y a cada una se le ha concedido la cantidad que ha solicitado
contra justificación de los servicios prestados. El reparto de la cantidad total es el siguiente:
Agrupación
Primeros seis meses
Total anual
GENECHIP
AGINET
AEMCES
CEMAB
386.900,00 € (1.250 servicios)
139.860,00 € (600 servicios)
120.000,00 € (400 servicios)
98.679,00 € (378 servicios)
773.800,00
279.720,00
240.000,00
197.358,68
€
€
€
€
Participantes
Agrupación Genechip (empresa proveedora: Affymetrix Co.)
• Centro de Investigación del Cáncer de Salamanca (CIC).
• Institut d´Investigacions Biomédiques August Pi i Sunyer, Hospital Clinic de Barcelona (IDIBAPS).
• Centro Nacional de Biotecnología de Madrid (CNB-CSIC).
• Facultad de Medicina de Valencia. Universidad de Valencia (UVEG).
• Asociación Genika de Bilbao (GENIKA)
• Parque Científico de Madrid. Universidad Complutense de Madrid (PCM-UCM)
• Institut de Recerca. Hospital de la Santa Creu i Sant Pau de Barcelona (IR- HSCSP).
• Institut de Recerca del Vall d’Hebron de Barcelona (IR-HUVH).
Agrupación Aginet (empresa proveedora: Agilent Technologies)
• Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas de Madrid (CNIO).
• Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG).
• Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares de Madrid (CNIC).
• Hospital Clínico San Carlos de Madrid (HCSC).
• Oryzon Genomics de Barcelona (ORYZON).
• Fundación Gaiker de Vizcaya (GAIKER).
• Dominion Pharmakine, SL de Vizcaya (DPK).
• Parque Científico de Barcelona (PCB).
Agrupación Aemces (empresa proveedora: Amersham Biosciences, ahora parte de General Electric
Healthcare)
• Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares de Madrid (CNIC).
• Instituto de Investigaciones Biomédicas de Madrid (IIB-CSIC).
• Centro de Investigaciones Biológicas de Madrid (CIB-CSIC).
• Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Universidad Autónoma de Madrid (CBM-CSIC).
Agrupación Cemab
• Centro Nacional de
• Centro Nacional de
• Institut de Recerca
(empresa proveedora: Applied Biosystems, en España, Applera Hispania)
Investigaciones Cardiovasculares de Madrid (CNIC)
Investigaciones Oncológicas (CNIO)
Biomédica- Parc Cientific de Barcelona (IRB-PCB).
Coordinadores:
• Dr. Xosé Ramón García Bustelo del Centro de Investigación del Cáncer de Salamanca (CIC) coordina la
agrupación Genechip que utiliza la tecnología de Affymetrix.
• Dr. Miguel Ángel Piris del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) coordina la
agrupación Aginet que utiliza la tecnología de Agilent Technologies.
• Dra. Ana Dopazo del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC) que
coordina las agrupaciones Aemces y Cemab bajo las tecnologías Amersham Biosciences y Applera
Hispania respectivamente.
58
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
11. Conclusiones
La situación actual de las tecnologías de
microarrays y biochips con aplicaciones en salud
humana ha cambiado considerablemente en
España y resto del mundo respecto a los últimos
años, tanto en el entorno investigador como en el
empresarial. Las promesas que surgieron hace
unos años respecto a esta tecnología se han
cumplido con creces, y hoy por hoy supone una
herramienta imprescindible en cualquier proyecto
de genómica y proteómica.
Resulta de especial importancia no sólo el mayor
número de proyectos de investigación que
emplean estas tecnologías en España, sino las
diferentes aplicaciones que han surgido de ella.
Las tres grandes áreas donde los microarrays
están cobrando cada vez mayor relevancia son el
diagnóstico molecular, farmacogenética, y el
desarrollo de fármacos. En el caso del diagnóstico
molecular, los microarrays se emplean en la
clasificación de enfermedades, mejorando el
pronóstico en patologías como el cáncer. En las
aplicaciones dirigidas a farmacogenómica y
desarrollo de fármacos, los microarrays ofrecen la
posibilidad de diseñar tratamientos personalizados
con fármacos dirigidos a grupos específicos de
pacientes, ya que mediante el análisis del perfil
de expresión de cada tumor individual se puede
anticipar la respuesta a un determinado
tratamiento. Gracias a las posibilidades que
ofrecen estas aplicaciones han surgido grandes
proyectos de genotipado en España para el
estudio de patologías como el cáncer,
enfermedades psiquiátricas y cardiovasculares.
El panorama actual en cuanto al acceso de la
tecnología es muy diferente, y la mayoría de
centros de investigación españoles disponen de
infraestructuras de apoyo que permiten el
empleo de los microarrays. Además, existen
iniciativas públicas como la convocada por
Genoma España para aumentar la competitividad
de la investigación pública en genómica,
biomedicina y biotecnología gracias al aumento
del consumo de este tipo de herramientas. Esta
iniciativa ha dado como resultado la creación de
cuatro agrupaciones para el fomento del uso de
tecnologías microarrays de ADN para el análisis
de expresión génica (GeneChip, Aginet, Aemces y
Cemab) con diferentes empresas líder en este
campo como proveedoras de la tecnología.
En cuanto al entorno empresarial, el gran
interés de las industrias farmacéuticas por los
microarrays reside en la posibilidad que ofrecen
para agilizar el proceso de descubrimiento de
fármacos, desde su contribución a la identificación
y validación de potenciales dianas terapéuticas,
hasta la validación de nuevos fármacos facilitando
los ensayos de toxicidad. A este hecho se suma la
posibilidad de realizar estudios a gran escala de
genes en mucho menor tiempo maximizando los
recursos disponibles.
Existe actualmente una auténtica carrera
tecnológica entre las empresas por posicionarse
como líderes de esta tecnología, y las empresas
que en España surgen en este entorno tienden a
ser proveedoras de servicios o buscan nichos de
mercado a los que dirigirse con productos muy
específicos como el Hepatochip, Onchochip o
Lipochip entre otros.
En cuanto al almacenamiento y procesado de
información por medio de herramientas
bioinformáticas, todavía no se ha superado este
cuello de botella, que por otro lado es el campo
que muestra mayor producción de I+D a nivel
mundial. Iniciativas nacionales ya en marcha
como el Instituto Nacional de Bioinformática
(INB), deben contribuir a generar y aplicar
soluciones bioinformáticas de proyectos de
investigación con un enfoque genómico y
proteómico.
Por último, es preciso que se haga un esfuerzo
global para propiciar la puesta en marcha de
proyectos multidisciplinares, que no consistan
meramente en la adquisición de tecnologías de
microarrays a gran escala, sino en proyectos
enfocados hacia intereses estratégicos para la
industria y la comunidad científica.
59
Glosario
• ADNc: ADN complementario que ha sido
sintetizado a partir de un ARN-mensajero.
• Análisis de expresión génica: identificación
de los genes que se expresan de manera
diferente en la célula y cuantificación de los
niveles de expresión de aquellos genes de
especial relevancia en funciones celulares como
metabolismo, transporte o desarrollo entre
otros. Los análisis de expresión permiten
establecer relaciones entre los perfiles genéticos
de pacientes y respuestas a fármacos o agentes
tóxicos que actúan, alterando la función celular.
• Expresión génica: fenómeno que incluye la
transcripción de un gen en ARN mensajero y su
posterior traducción a proteína.
• Farmacogenética: estudio de la respuesta a un
determinado fármaco como consecuencia de la
herencia genética del paciente.
• Farmacogenómica: estudio de la importancia
que presentan las variaciones genéticas en la
eficacia y toxicidad de los fármacos.
• Aptámero: moléculas de ADN o ARN capaces de
reconocer y unirse a una molécula específica
(proteína u otro ligando).
• Fotolitografía: técnica de fabricación de un
microarray de ADN que se basa en la unión de
nucleótidos protegidos por un agente químico
fotodegradable sobre un soporte de vidrio que
posee determinados grupos reactivos.
• ARN de interferencia: tecnología que se basa
en el empleo de moléculas cortas de ARN de
cadena sencilla o doble para bloquear la
expresión de genes específicos.
• Genómica funcional: disciplina que estudia la
relación existente entre un gen y su función, de
manera que permita comprender el
funcionamiento de los sistemas biológicos.
• ARN mensajero: molécula de ARN que
proviene de la transcripción de un gen que
codifica una proteína, después de experimentar
un proceso de corte y empalme. La información
codificada en la molécula de ARNm se traduce a
un producto génico en los ribosomas.
• Glicosilación: proceso químico por el que se
añaden cadenas de azúcares a una proteína.
• bDNA (branched DNA o ADN ramificado): el
ADN ramificado contiene múltiples cadenas
ramificadas a manera de árbol y cada una de
estas ramas es un sitio de hibridización con una
sonda marcada con una enzima, que reacciona
con un sustrato que permite la demostración
colorimétrica o quimioluminiscente.
• Carbohidrato: término general utilizado para
denominar a los azúcares y compuestos
relacionados que contienen carbono, hidrógeno y
oxígeno, habitualmente con la fórmula empírica
(CH20)n.
60
• Hibridación: proceso por el cual dos hebras
sencillas complementarias de polinucleótidos se
asocian para formar una doble hélice.
• Microarray: conjunto de moléculas de ADN,
proteínas, hidratos de carbono, muestras de
tejidos o células, inmovilizadas sobre una
superficie sólida que nos permite el estudio de
niveles de expresión génica a nivel genómica,
función, modificaciones post-traduccionales de
proteínas o de los niveles de expresión génica in
vivo, respectivamente.
• Oligosacáridos: grupo de hidratos de carbono
de cadena corta (de 2 a 8 unidades de Carbono).
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
• PCR (“polymerase chain reaction” o “reacción en
cadena de la polimerasa”): sistema de
amplificación genética que permite obtener
millones de copias de un determinado fragmento
de ADN o ARN mensajero, incluso a partir de
muestras muy reducidas.
• PNA (“Peptide Nucleic Acid” o “Ácido Nucléico
Peptídico”): análogo artificial del ADN en el que
el esqueleto no es azúcar y fosfato, sino
entidades similares a péptidos o proteínas.
• Proteoma: conjunto de proteínas que se
expresan en un momento concreto en un
determinado tejido u organismo.
• Toxicogenómica: disciplina que estudia las
bases genéticas que permiten explicar los
mecanismos de toxicidad en respuesta a
fármacos o compuestos tóxicos.
• Transcriptoma: conjunto de mRNAs que a
partir de un genoma se pueden sintetizar en un
momento concreto en un determinado tejido.
• Validación de dianas: proceso que tiene por
objeto demostrar que una determinada diana
molecular está implicada en la aparición y
progresión de una enfermedad. La validación de
una diana permite establecer una relación entre
la modificación de la diana y su potencial
terapéutico.
• Screening: término inglés derivado de la
palabra “screen” o “pantalla” cuyo significado,
dentro del campo de la biología molecular o la
biotecnología se refiere al seguimiento o la
monitorización de un proceso.
• Sonda: segmento de material biológico marcado
radioactivamente (o con algún grupo químico
fácilmente visualizable), utilizado para detectar
secuencias de ácidos nucleicos o proteínas
complementarios mediante hibridación.
61
Anexos
Anexo I: Principales aplicaciones de los microarrays
disponibles comercialmente
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE ÁCIDOS NUCLEICOS
DISPONIBLES COMERCIALMENTE
Empresa
Producto
Características
StaphyChips™
Microarray para la detección de las secuencias
de ADN de las 5 especies más importantes de
Staphylococcus, así como para la detección de
resistencia a antibióticos beta-lactámicos
Rat HepatoChips
Determinación del patrón de genes expresados
en cultivos de hepatocitos incubados en
presencia de compuestos químicos o
contaminantes ambientales
Lymphochip
Clasificación molecular de linfomas
GeneChip® Porcine Genome
Array
Análisis del transcriptoma completo del cerdo
doméstico
GeneChip® Maize Genome
Array
Análisis del transcriptoma completo del maíz
Zea mays
MammaPrint®
Análisis del riesgo de metástasis en cáncer de
mama
CupPrint®
Análisis del perfil genético para localización del
tumor primario en pacientes diagnosticados con
cáncer de localización primaria desconocida
Agilent G4130A
Microarray para el screening del genoma de
rata y estudios toxicogenómicos para la
determinación de los efectos en el organismo
de una sustancia tóxica, fármaco o pesticida
Human 1B Oligo Microarray
Análisis de expresión génica en desarrollo de
fármacos y estudio de enfermedades
Rice Oligo Microarray Kit
60-meR
Determinación de la actividad de genes en arroz y
cereales. Identificación de variedades con alta
tolerancia a sequía, salinidad, frío o pestes para
sembrar en terrenos poco cultivables
BioDoor4000
Análisis de expresión de 4.000 genes humanos
completos
BiodoorHCV
Diagnóstico de Hepatitis C
BioForce
Nanosciences, Inc.
ViriChip™
Perfil de expresión de ARN y detección de virus
Canberra LLC
IntelliGene™
Análisis de Arabidopsis, cáncer humano,
citoquinas humanas, disrupción endocrina, ORF,
ratón y E. coli
Advanced Array
Technology SA
Affymetrix, Inc.
Agendia
Agilent Technologies,
Inc.
BioDoor Gene
Technology Ltd.
62
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Empresa
DR. Chip
Biotechnology Inc.
Producto
Características
DR. EV™ chip
Diagnóstico de enterovirus
DR. BLAD™ Chip
Detección de las mutaciones del gen
responsable de la Deficiencia de Adhesión
Leucocitaria Bovina
DR. Mastitis™ Chip
Detección de S. agalactiae, S. aureus,
S. bovis, S. uberis, S. dysgalactiae, y E. coli
DR. Food Pathogen Chip
Detección de Salmonella spp., E. coli, y
Staphylococcus aureus
DR. HBV™ Chip
Detección de hepatitis B virus en suero e identifica
genotipos de HBV A, B, C, D, E, F y dos variantes
resistentes a amivudina: YIDD y YVDD
DR. RV IVD Kit
Detección de infección por coronavirus (SARS)
DR. Milk Kit18
Detección de siete agentes causantes de
mastitis Streptococcus spp., S. agalactiae,
S. bovis, S. ysgalactiae, S. uberis, Escherichia
coli, and S. aureus
DR. EV IVD Kit
Detecta infección por enterovirus sin reactividad
cruzada entre adenovirus, herpes simplex virus
tipo I y tipo II, citomegalovirus humano
Detecta género enterovirus y dos serotipos:
enterovirus 71 y coxsackie A16
DR. Food Kit
Detecta nueve de los patógenos más comunes
en alimentos: Staphylococcus aureus,
Escherichia coli, Yersinia enterocolitica, Bacillus
cereus, Clostridium perfringens, Listeria
BassChip®
EcoArray, L.L.C.
Fathead MinnowChip®
Análisis de la expresión de genes de
importancia toxicológica
DualChip™ human general
Análisis de expresión génica diferencial en
humanos
DualChip™ human aging
Análisis de expresión génica diferencial en
genes humanos relacionados con el estrés y el
envejecimiento
DualChip™ rat GPCR
Análisis de expresión génica diferencial de los
genes GPCR de rata
DualChip™ hepato
microarray series
Patrones de expresión génica de genes
importantes toxicológicos en células de hígado
de rata
Eurogentec
GEArray®
Análisis de expresión de genes involucrados en
rutas de señalización
Genomic Health
Oncotype DX™
Análisis de probabilidad de recurrencia de
cáncer de mama tras tratamiento con
tamoxifeno
Eppendorf AG
63
Empresa
GeneMaster
Lifesciences Co. Ltd.
GeneScan
Europe AG
Greiner Bio-One
GmbH/Lambda
GmbH
Icoria, Inc.
Producto
GeneMaster MegiC”
Diagnóstico de meningitis
GMOChip
Detección de organismos modificados
genéticamente en alimentos
NUTRI®Chip
Presencia de bacterias patogénicas en alimentos
ParoCheck™ I
Identificación y detección cualitativa de ADN de
patógenos periodontales
CarnoCheck®
Identificación y detección cualitativa de 8
especies animales en alimentos y piensos
PapilloCheck®
Tipaje de 17 papilomavirus humanos (HPV)
involucrados en cáncer cervical
ParoCheck™ I
Detección cualitativa e identificación de ADN de
patógenos periodontales
PapilloCheck®
Tipaje de 17 tipos de papilomavirus humanos
involucrados en cáncer cervical
CarnoCheck® Food and feed
DNA-C
Identificación y detección cualitativa de 8
especies animales en alimentos y piensos
Magnaporthe grisea
microarray
Detección del patógeno del arroz Magnaporthe
grisea
DermArray™ GeneFilters®
IntegriDerm
PharmArray®
Ipsogen, Luminy
Biotech Entreprises
Iris BioTechnologies,
Inc.
Lácer
Memorec Biotec
GmbH
64
Características
Análisis de expresión de genes involucrados en
enfermedades epiteliales y dermatológicas
MLL Fusionchip
Detección de reordenamientos de MLL en leucemia
aguda y la determinación del gen asociado
ProfileChip
Biochip para el estudio de cáncer
Genetic Profiling
Microarray™
Detecta deleciones y amplificaciones del
número de copias y mutaciones puntuales
BioPharma™ GPM System
Descubrimiento y desarrollo de fármacos
LipoChip®
Detección de mutaciones del receptor LDL
asociadas a Hipercolesterolemia Familiar
PIQOR™ Immuno/Onco,
human and mouse
Análisis de expresión de 1.076 genes relacionados
con respuesta inmune, matriz extracelular, muerte
celular, y transducción de señales
PIQOR™ Cytokines &
Receptors, human and mouse
Análisis de expresión de 288/274 genes de
citoquinas y receptores
PIQOR™ Cell death, human
and mouse
Análisis de expresión de 500/509 genes
involucrados en muerte celular
PIQOR™ Kinase, human and
mouse
Análisis de expresión de 498/481 genes de
kinasas
PIQOR™ Toxicology, human
and rat
Análisis de expresión de 1.252/1.107 genes
involucrados en citotoxicidad
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Empresa
Mergen Ltd.
NEN Life Science
Products Inc.
Operon GmbH
Origene
Technologies, Inc.
Producto
Características
ExpressChip™
Perfiles de expresión de diferentes categorías
de genes: apoptosis, ATPasa, GTPasa o ATP,
proteínas de unión a GTP, canales,
citoesqueleto, asociados a enfermedades,
transducción de señales, factores de
transcripción, supresores de tumores
MICROMAX™ Human
Oncogenes and Tumor
Suppressor Genes Array
Análisis de la expresión de oncogenes y genes
supresores de tumores
MICROMAX™ Human Kinase
& Phosphatase Array
Análisis de la expresión de genes de quinasas y
fosfatasas
MICROMAX™ Human
transcription factor array
Análisis de expresión de genes de factores de
transcripción
MICROMAX ™ Human Ion
Channel, Transporter &
Receptor Array
Análisis de expresión de genes de canales de
iones, transportadores y receptores
OpArray® Human collagen
Array
Análisis de expresión de genes de colágeno
OpArray® Human Apoptosis
Array
Análisis de expresión de genes involucrados en
apoptosis
OpArray® Human Stress y
Aging Array
Análisis de expresión de genes involucrados en
estrés y envejecimiento
OpArray® Yeast collage Array
Análisis de expresión de genes de levadura
SensiChip Human Kinase
Análisis de expresión de genes de quinasas
Smart set 1
Análisis de expresión de genes receptores
nucleares de hormonas y correguladores
Smart set 2
Análisis de expresión de genes factores de
transcripción Homeobox/bZIP/bHLH
Smart set 3
Análisis de expresión de genes factores de
transcripción inducibles/específicos de tejido
Smart set 4
Análisis de expresión de genes tirosinquinasas y
fosfatasas
Smart set 5
Análisis de expresión de genes proteínas G y
receptores acoplados a proteína G
Smart set 6
Análisis de expresión de genes de canales de iones
Smart set 7
Análisis de expresión de genes de proteínas de
transportadores
Smart set 8
Análisis de expresión de genes de proteinasas
Smart set 9
Análisis de expresión de genes de citoquinas,
quimioquinas y receptores
Smart set 10
Análisis de expresión de genes de moléculas de
adhesión
65
Empresa
PamGene
International B.V.
Producto
Características
PamChip®
Genotipado, perfiles de expresión y proteómica
PicoArrays™ Rheumatism
Rheumatoid Arthritis and
Inflammation
Estudio de las bases patogénicas de
enfermedades inflamatorias
PicoArrays™ Apoptosis
Análisis de la expresión de los principales genes
involucrados en muerte celular, diferenciación y
proliferación celular
Qiagen N.V.
SensiChip Human Kinase
DNA Array Bar
Análisis de la expresión génica de todas las
quinasas y fosfatasas conocidas
F. HoffmannLa Roche Ltd.
AmpliChip CYP450
Identificación de polimorfismos en dos genes,
CYP2D6 y CYP2C19 implicados en el
metabolismo de medicamentos
ImmunoChip RZPD1.2
Human cDNA microarray
Análisis de la expresión génica de 1.137 genes
involucrados en procesos inmunológicos
Oncochip RZPD1
Análisis de la expresión génica de 1.544 genes
de importancia en procesos cancerígenos
sciTRACER Inflammation 170
Estudio de la expresión diferencial de genes
relacionados con enfermedades inflamatorias
sciTRACER CardioVascular
350
Estudio de genes humanos involucrados en
enfermedades cardiovasculares
Panorama™ Gene E. coli
Gene Arrays E. Coli
Análisis de todos los genes codificantes para
proteínas de E.coli
Panorama™ Gene
Helicobacter pylori Gene
Arrays Helicobacter pylori
Análisis de todos los posibles genes codificantes
para proteínas de H. pylori
Panorama™ Gene B. subtilis
Gene Arrays B. Subtilis
Análisis de todos los genes codificantes para
proteínas de B. subtilis
Panorama™ Gene Human
Cytokine Gene Arrays
—
Panorama™ Gene Human
Apoptosis Gene Arrays
Amplicones de las regiones codificantes para
proteínas de genes involucrados en procesos
apoptóticos
Human Cancer OligoArray™
Genes involucrados en apoptosis, angiogénesis,
ciclo celular, metástasis, oncogenes,
transducción de la señal, factores de
transcripción y supresores de tumores
Spectral Genomic,
Inc.
Spectral Chip™ 2600 DNA
Array
Hibridación genómica comparativa con aplicación
a citogenética e investigación del cáncer
STEAG microParts
GmbH
Lilliput® Chip
Empleados en microbiología clínica para la
automatización de los test de susceptibilidad a
antibióticos e identificación de bacterias
PicoRapid
Technologie GmbH
RZPD Deutsches
Ressourcenzentrum
für Genomforschung
GmbH
Scienion AG
Sigma-Genosys
66
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Empresa
Producto
Características
GeneConnection™ Discovery
Microarray
Genes de 29 tejidos humanos
GeneConnection™ Control
Microarray
Genes Housekeeping y de control exógeno
Stratagene
human GEArray®
human ChoiceGEArray®
Superarray, Inc.
mouse GEArray®
Fragmentos de ADNc de genes involucrados en
una determinada ruta de transducción de
señales
mouse ChoiceGEArray®
IntelliGene™
Functional DNA Chip Human
Brain ver 1
Contiene 1.700 genes (fragmentos de ADNc)
con cambios específicos en la expresión en el
cerebelo, hipocampo y amígdala
Functional DNA Chip Rat
Toxicology Ver.1.0
Análisis de la expresión de genes involucrados
en el metabolismo de fármacos
9801A ICAN DNA
Fragmentos de unos 1.800 genes humanos
(incluyendo 356 citoquinas )
X001 IntelliGene Cyano
CHIP Ver. 2.0
Fragmentos de ORF de especies de
Synechocystis PCC6803
IntelliGene Cyano CHIP Ver.
2.0
Fragmentos de ORF (Open Reading Frame) de
la bacteria Synechocystis
Virginia
Commonwealth
Center
Brain Tumour Biochip Oligo
DNA microarrays
Análisis de expresión génica de tumores
cerebrales
Vysis, Inc.
GenoSensor™ Microarray
System
Detección del número de copias de genes.
Asesoramiento sobre las anormalidades
cromosómicas, de genes individuales en
cromosomas y secuencias específicas en los genes
XeoExp Human Cancer chip
Análisis de expresión de genes humanos de
importancia en cáncer
XeoEX SARS chip
Análisis de los genes de coronavirus para la
detección de SARS
Xenopus Xeochip
Análisis de genes de Xenopus para estudios de
desarrollo neuronal
Takara Bio Inc.
Xeotron Corp.
67
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE PROTEÍNAS
COMERCIALIZADOS
Empresa
Advanced Gene
Technology, Corp.
Producto
HerboChip®
Búsqueda de compuestos activos en plantas.
HerboLink®(AGTChip)
TranSignal™ WW domain
arrays
Axcell Biosciences
Aplicación
Determinación de interacción entre
proteínas
TranSignal™ PDZ domain
arrays
Determinación de la función de proteínas
TranSignal™ SH3 domain
arrays
Designarray™
Análisis de enfermedades concretas
Specifictargetarray™
Análisis de dianas terapéuticas
Azign Bioscience A/S
BD Biosciences Clontech
Ab Microarrays
BioForce Nanosciences,
Inc.
NanoArray™
Análisis completo de perfiles de expresión
de proteínas
Preactivated ProteinChip®
Arrays
Hydrophobic ProteinChip®
Arrays
Hydrophilic ProteinChip®
Arrays
Ciphergen
Cation Exchange
ProteinChip® Arrays
Determinación de la interacción entre
proteínas y distintos ligandos.
Immobilized Metal affinity
ProteinChip® Arrays
Chromatographic surface
ProteinChip® Arrays
Echelon Biosciences Inc
GeneMaster Lifesciences
Co., Ltd.
68
Microarray PIP Array™
Determinación de la selectividad y
sensibilidad relativa fosfoinosítidos
GeneMaster MegiC™
Diagnóstico de meningitis
GeneMaster NICE-Tha™
Diagnóstico de alfa-talasemia
GeneMaster HLA Typing
Chip™
Búsqueda de compatibilidad en transplante
de órganos
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Empresa
Producto
Aplicación
AntibodyArray™ Signal
Transduction Antibody
400 anticuerpos contra proteínas de
señalización bien caracterizadas
Apoptosis AntibodyArray
150 anticuerpos contra proteínas que
regulan la apoptosis
CellCycle AntibodyArray
60 anticuerpos contra proteínas involucradas
en ciclo celular
Invitrogen
Protoarray™ Human Protein
Microarray
Screening de 1.800 proteínas de diferentes
familias génicas como quinasas, proteínas
asociadas a membrana, proteínas de
señalización celular y proteínas implicadas
en metabolismo
Pepscan Systems
Pep-Chip™ Kinase
Búsqueda de sustratos para kinasas y
búsqueda de la especificidad de inhibidores
de kinasas
Phylos, Inc.
TRINECTIN™ Proteome Chip
Detección de proteínas en tejidos
expresadas en respuesta a fármacos o a
una enfermedad
Hypromatrix, Inc.
Discover Light™
Proteome Arrays
SearchLight™ Proteome
Arrays
Pierce Biotechnology
Inc.
SearchLight™ Cytokine
Arrays
SearchLight™ Chemokine
Arrays
Análisis de proteínas, lisados celulares o
anticuerpos en formatos de baja densidad
SearchLight™ Human
Phosphorylated Kinase Array
SearchLight™ Human
Angiogenisis Array2
Procognia
Gen p53 y principales
variantes SNP
Análisis de la función del gen p53
RayBio™ human
angiogenesis antibody
arrays
RayBiotech, Inc.
RayBio™ human
atherosclerosis antibody
arrays
Arrays de anticuerpos de citoquinas para
humanos, ratas y ratones
RayBio™ human
inflammation antibody
arrays
Schleicher & Schuell
Bioscience
ProVision™ Human Cytokine
Array
Determinación simultánea de la presencia
de 16 citoquinas diferentes
Sigma-Genosys
Panorama™ Ab Microarray Cell Signaling Kit
Análisis de 224 anticuerpos de proteínas
implicadas en señalización celular
69
Empresa
Producto
Aplicación
SomaLogic Inc.
Aptamer Arrays
Determinación simultánea de la concentración
de las proteínas correspondientes a los
fotoaptámeros empleados
VBC-Genomics
Bioscience Research
GmbH
ISAC®
Análisis de alergenos
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE CARBOHIDRATOS
DISPONIBLES COMERCIALMENTE
Producto
Empresa
Caracteristicas
Glycominds Ltd.
GlycoChip™
Microarray de alto rendimiento de
carbohidratos complejos para el análisis de
las interacciones proteína-glicano.
Aplicaciones a genómica funcional,
desarrollo de fármacos, prebióticos, ensayos
enzimáticos, screening de anticuerpos e
infecciones bacterianas
PicoRapid Technologie
GmbH
PicoArrays™ GlycoProfiler
Microarray para el estudio de los genes que
controlan la glicosilación de lípidos y
proteínas
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE CÉLULAS DISPONIBLES
COMERCIALMENTE
Producto
Empresa
Caracteristicas
Biolog, Inc.
Phenotype MicroArrays
Identificación y validación de cabezas de
serie y dianas respectivamente, biología
funcional y toxicogenómica. Disponibles
para células bacterianas y fúngicas
Cellomics, Inc.
CellChip™
Análisis múltiple de péptidos y proteínas
Zeptosens AG
ZeptoMARKTM Cell Lysate
Arrays de densidad media/alta para análisis
multiple de péptidos y proteínas
70
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS DE TEJIDOS DISPONIBLES
COMERCIALMENTE
Empresa
Producto
Características
Ambion, Inc
LandMark™ Tissue
MicroArrays
Análisis del perfil de expresión diferencial de
dianas específicas
Ardais Corp.
Ardais Tissue Arrays (ATAs)
Validación de dianas de alto rendimiento
BD Biosciences Clontech
BD Clontech™ Cancer Cell
Line Profiling Array
Perfil de expresión génica de 26 líneas
celulares representadas en 11 tejidos
Chemicon Inc.
Chemicon's TMAs
Perfil de expresión de proteínas en
diferentes tipos de tumor
Clinomics Biosciences,
Inc
HER-2neu response array, ckit response array
Caracterización de alteraciones genéticas y
patrones de expresión
HistoChip™
Expression Pathology,
Inc
Liquid Tissue™
Determinación de cambios cuantitativos en
la expresión de proteínas en un gran
número de muestras de tejido enfermo y
sano.
Identificación y validación de marcadores
proteicos
Imgenex Corp.
Tissue Array/Histo-Array™
human
Perfil de expresión de proteínas en
diferentes tipos de tumor
Invitrogen Corp
VastArray™
Perfil de expresión de proteínas, screening
de anticuerpos, estudios de especificidad de
tejido y análisis de modelos de ratón
Oligene GmbH
Tissue Arrays
Microarrays construidos a partir de sus
bancos de tejidos para estudios de
expresión y screening in situ de ARNm
Research Genetics, Inc.
VastArray™ Tissue Arrays
Estudios de expresión de proteínas,
screening de anticuerpos, especificidad de
tejidos y determinación patológica
Zymed Laboratories,
Inc.
MaxArray™
Screening de anticuerpos, análisis de
expresión, especificidad de tejido, análisis
de fenotipo frente a genotipo, hibridación in
situ de ARN o ADN (FISH o CISH™)
Zyomyx Inc.
Human Cytokine Biochip
Desarrollo de fármacos empleando análisis
paralelo de proteínas
Tabla 10. Principales aplicaciones de los microarrays disponibles comercialmente.
Fuente BioChipNet (http://www.biochipnet.com)
71
Anexo II. Empresas españolas que operan
en el área de microarrays
Biomedal, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Desarrollo de tecnologías innovadoras para el progreso de la investigación
post-genómica y la producción industrial eficiente de nuevas biomóleculas
útiles para la sociedad
Servicios relacionados
con microarrays
• Lectura y procesamiento de ADN arrays
• Asesoramiento y gestión de proyectos de I+D en biomedicina (estudios de
expresión semi-cuantitativa empleando tecnologías de DNA arrays)
I+D
• Desarrollo de vectores para genómica funcional en un amplio rango de
organismos
• Desarrollo de herramientas para mejorar la eficiencia en la expresión y
purificación de proteínas
• Desarrollo de herramientas para diagnóstico molecular
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
Universidad de Sevilla, Université Clermont-Ferrand, Universidad Miguel
Hernández, Universidad Pablo de Olavide, Centro de Investigaciones
Biológicas (CSIC), Instituto de Biomedicina “López Neyra” (CSIC)
Contacto
Dirección: Avenida Américo Vespucio nº 5, Bloque E - Planta 1ª Módulo 12,
Isla de la Cartuja, 41092, Sevilla
Web: http://www.biomedal.es/espanol/index.htm
Dominion Pharmakine, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Compañía biofarmacéutica enfocada al desarrollo de productos y servicios
que permitan avanzar en la investigación, el diagnóstico y tratamiento del
cáncer
Productos relacionados
con microarrays
Arrays de tejidos:
• Human Hepatic Colon-Carcinoma Metastasis Tissue Array
• Organ-Specific Metastasis Melanoma Tissue Array
• Multi-Organ Animal Tissue-Arrays
• Arrays de tejido personalizados
Arrays de células:
• Array específico de células hepáticas (humano, rata, ratón)
• Array de líneas celulares de melanoma humano
Arrays de células personalizados
Servicios relacionados
con microarrays
Genómica funcional:
• Análisis de la expresión génica
• Diseño de microarrays de ADN personalizados
• Construcción de librerías de ADNc
• Análisis de sistemas de expresión modificados
Contacto
Dirección: Parque Tecnológico de Bizkaia, Edificio 801, 1ª planta
Web: http://www.pharmakine.com
72
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Neocodex, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Empresa dedicada a la investigación y desarrollo en biomedicina y al
diagnóstico molecular de enfermedades humanas
Servicios relacionados
con microarrays
Expresión génica mediante microarrays de ADN
I+D
Trazado de marcadores de susceptibilidad genética en la población española.
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas de Madrid (CNIO), Centro de
Investigaciones Biológicas de Madrid (CIB/CSIC), Hospital Clínico San Carlos,
Hospital Doce de Octubre (Madrid), Hospital Virgen del Rocío y Valme
(Sevilla) Genetix (UK), Universidad de Utrech (Holanda), Universidad Tor
Vergata (Roma)
Contacto
Dirección: Avda. Averroes nº8 Ed. Acrópolis, Mod. 110-111, Sevilla
Web: http://www.neocodex.es
Oryzon Genomics, S. A.
Área de aplicación
Salud humana, Agroalimentación
Misión
Construcción de una plataforma tecnológica versátil que nos permita
identificar de forma muy procesiva las relaciones entre los genes y sus
funciones
Productos relacionados
con microarrays
Tethys: sistema de alto rendimiento para diseñar un conjunto óptimo de
oligonucleótidos con el objetivo de construir un chip de DNA para un cierto
organismo
Servicios relacionados
con microarrays
• Análisis de la expresión génica mediantes chips de ADN:
Toxicogenómica, Cardiovascular, Enfermedades Neurodegenerativas,
Inflamación, Enfermedades Humanas, Genes de Cáncer, Variantes de Splice
en tumores
• Genotipaje: chips de ADN humano SNPs-INDELs
I+D
Bioinformática
Contacto
Dirección: C/Josep Samitier 1-5, 08028 Barcelona
Web: http://www.oryzon.com
73
Owl Genomics, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Identificación de marcadores moleculares y agentes terapéuticos para el
diagnóstico temprano y tratamiento de enfermedades hepáticas
Productos relacionados
con microarrays
Hepatochip: chip de ADN que permite conocer la presencia de
esteatohepatitis no alcohólica (NASH) a partir de la coexpresión de 85 genes
I+D
Diagnóstico temprano de esteatosis hepática (EH) y esteatohepatitis no
alcohólica (NASH)
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
Universidad de Navarrra, Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de
Guipúzcoa, Hospital Clínico de Barcelona, Hospital Gregorio Marañón,
Hospital Universitario Príncipe de Asturias, Hospital Italiano de Buenos Aires,
Noray Bioinformatics, Progenika, Proteómica
Contacto
Dirección: Parque Tecnológico de Bizkaia, Edificio 801, planta 2ª, 48160 Derio
Web: http://www.owlgenomics.com
Progenika Biopharma, S.A.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Identificación y validación de genes y proteínas implicadas en procesos
patológicos, y su empleo en el desarrollo de nuevos fármacos y métodos de
diagnóstico
Productos relacionados
con microarrays
Affymetrix genechip® probe arrays
Microarrays de Genotipado:
• Human Familiar Hypercholesterolemia DNA Array (Lipochip,
comercializado)
• Human Blood genotyping DNA Array (Bloodchip)
• Inflammatory Bowel Disease DNA Array (IBDchip)
Arrays de análisis de la expresión génica:
• Human Blood Neoplasias Classification Array (hematochip)
• Rat Genome 5K Microarray
• Pseudomonas putida Genome Array
• Pseudomonas aeruginosa Genome Array
• Medplant Small Cell Lung Cancer Chemotherapy Resistance microarray
(en fase de validación clínica)
I+D
Identificación y validación de genes y proteínas relacionadas con
enfermedades psiquiátricas, neurológicas y cáncer
Acuerdos y
colaboraciones científicas
Owl Genomics
Contacto
Dirección: Parque Tecnológico de Zamudio, Edificio 801 -A- 48160 Derio
Web: http://www.progenika.com
74
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Sistemas Genómicos, S.L.
Área de aplicación
Salud humana y agroalimentación
Misión
En el área de la Biomedicina, crear y proveer a la sociedad de métodos de
diagnóstico que mejoren la salud y la calidad de vida. En el área de la
Agroalimentación, satisfacer aquellas necesidades analíticas de las empresas
del sector que únicamente pueden cubrirse mediante el análisis de ADN de
los alimentos
Productos relacionados
con microarrays
Aplicaciones en el desarrollo de chips de ADN
I+D
Predicción de Riesgo: Diagnóstico Molecular
Medicina personalizada: Farmacogenómica
Contacto
Dirección: Parque Tecnológico de Valencia, Avda. Benjamín Franklin, 12,
46980 Paterna (Valencia)
Web: http://www.sistemasgenomicos.com
75
Anexo III. Empresas españolas que desarrollan productos
de bioinformática aplicados a microarrays
Bioalma, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Bioinformática
Servicios relacionados
con identificación y
validación de dianas
Consultoría, formación y desarrollo de software aplicado a los microarrays
de ADN
I+D
Bioinformática aplicada a microarrays de ADN
Sistemas de extracción de información
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
CNIO, Genetrix
Contacto
Dirección: Centro Empresarial Euronova, Ronda de Poniente, 4 2ª planta,
Unidad C-D, 28760 Tres Cantos, Madrid
Web: http://www.almabioinfo.com
Ebiointel, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Desarrollo de plataformas bioinformáticas para el análisis de secuencias, de
la diversidad genética y de datos génomicos en general, con el objetivo de
simplificar y acelerar la investigación biomédica.
Servicios relacionados
con identificación y
validación de dianas
EbioSNP: plataforma para la representación y análisis de la diversidad
genética
Servicio de análisis experto en los siguientes campos: asociación de factores
genéticos y rasgos fenotípicos, búsqueda de dianas farmacológicas, análisis
epidemiológicos y filogenéticos
I+D
Diseño de plataformas bioinformáticas
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
Noray Bioinformatics
Contacto
Dirección: Edifici M - Campus de la UAB, Vivero de Empresas de
Biotecnologia y Biomedicina (VE3B), 08193, Bellaterra, Barcelona
Web: http://www.ebiointel.com
76
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Integromics, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Proporcionar soluciones tecnológicas que faciliten la adquisición, manejo,
procesamiento y análisis de grandes volúmenes de datos en la era postgenómica
Servicios relacionados
con identificación y
validación de dianas
ArrayHub© (gestión de datos de análisis de la expresión génica)
Formación en bioinformática
Acuerdos y
colaboraciones
científicas
Applied Biosystems, Spotfire
Contacto
Dirección: Parque Científico de Madrid, Ciudad Universitaria Cantoblanco,
C/ Einstein nº 13, Pabellón C, 1ª planta. 28049 Madrid
Web: http://www.integromics.com
Noray Bioinformatics, S.L.
Área de aplicación
Salud humana
Misión
Diseño, desarrollo e implantación de software a medida, con el objeto de
servir como soporte al sector de la biotecnología en tecnologías de la
información
Servicios relacionados
con identificación y
validación de dianas
Genómica funcional: software para el análisis correlacional de datos clínicopatológicos con datos genómicos en estudios de cáncer (BITIATM)
Servicios: consultoría bioinformática, herramientas de gestión y explotación
de resultados de laboratorio, proyectos de outsourcing en bioinformática.
I+D
Bioinformática
Acuerdos y
colaboraciones científicas
Azeretia, H.U. La Paz, Dominion Pharmakine, Advancell, Owl Genomics,
Aethia Universidad de Barcelona, Biolex, Judo, PharmaDatum, eBiointel.
Contacto
Dirección: Parque Tecnológico, 801 A, 48160 Derio, Bizkaia
Web: http://www.noraybio.com
77
ANEXO IV. Proyectos de investigación españoles relacionados
con tecnologías de microarrays
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN ESPAÑOLES RELACIONADOS CON TECNOLOGÍAS
DE MICROARRAYS
Centros de investigación pertenecientes al CSIC
Centro
Centro de
Investigaciones
Biológicas, CIB
(CSIC)
Departamento
Título del proyecto
Duración
Financiación
Genómica funcional para la
resolución de problemas
medioambientales y biotecnológicos
2002-2005
MCyT
Centro de Biología Molecular Severo
Ochoa, CBM (UAM-CSIC)
Análisis bioinformático de
microarrays para la detección de
rutas determinantes de la malignidad
asociada a mutaciones del receptor
de andrógenos en cáncer de próstata
2001-2003
MCyT
Instituto de
Ciencias de los
Materiales de
Madrid, ICMM
(CSIC)
Inmovilización de anticuerpos y
oligonucleótidos en partículas
magnéticas para el diseño de
sistemas de detección precoz de
marcadores tumorales
2000-2003
MCyT
Desarrollo de un microarray de ADN
basado en transporte e
inmovilización por campo eléctrico
2001
MCyT
Microbiología
Molecular
Materiales
Particulados
A core DNA microarray facility
serving the fudged integrated project
Inmunología y
Oncología
Desarrollo de un microarray de ADN
basado en transporte e
inmovilización por campo eléctrico
2001-2004
CICYT
Instalación de microarrays de cDNA
al servicio del proyecto integrado
FUGEDAD
2002-2005
MCyT
Biotecnología
Microbiana
Modelos de evolución de la resistencia
a los antibióticos. Proteómica y
genómica de Pseudomonas aeruginosa
2001-2004
MCyT
Biología
Molecular y
Celular
Genómica funcional para la
resolución de problemas
medioambientales y de salud
2002-2005
MCyT
—
Análisis de la conexión entre la
regulación global del metabolismo, la
resistencia de los antibióticos y la
virulencia de Pseudomonas utilizando
microarrays de ADN
2005
CAM
Análisis
Estructural y
Química
Ambiental
Diseño y construcción de micro-chips
para análisis rápido y sensible de
proteínas marcadoras de tumores
cerebrales
2003-2006
MCyT
Centro Nacional
de Biotecnología,
CNB (CSIC)
Instituto de
Química Orgánica
General, IQOG
(CSIC)
78
MCyT
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Centros de investigación pertenecientes al CSIC (Continuación)
Centro
Instituto de
Catálisis y
Petroleoquímica,
ICP (CSIC)
Departamento
Biocatálisis
Laboratorio de
Biología
Molecular y
Celular del
Cáncer
Instituto de
Investigaciones
Biomédicas
“Alberto Sols”,
IIB (UAM-CSIC)
Laboratorio de
Regulación de la
Expresión Génica
Laboratorio de
Endocrinología
Molecular
Título del proyecto
Duración
Financiación
Desarrollo de una plataforma
tecnológica de farmacogenómica
funcional basada en DNA microarrays
2001-2001
MCyT
Diseño de un microchip de cDNA
para la detección de resistencia a la
quimioterapia en pacientes con
cáncer de pulmón
2001
MCyT
Estudio de los factores moleculares
predictivos de respuesta al
tratamiento de cáncer no microcítico
de pulmón (NSCLC) mediante
análisis del transcriptoma a través de
microarrays
2002-2004
FIS
Aplicación de la tecnología de los
microarrays de cDNA para analizar la
expresión diferencial de genes entre
mujeres afectadas de síndrome de
ovario poliquístico y normales
2002-2004
CAM
Estudio del perfil de expresión génica
múltiple en tumores de Ewing como
base para la búsqueda de nuevos
marcadores y dianas terapéuticas
2001-2003
MCyT
Desarrollo de un microarray
específico para la identificación de
alteraciones genéticas con valor
diagnóstico y pronóstico en tumores
sólidos infantiles
2003
MCyT
Genética molecular del retinoblastoma:
nuevas metodologías para detección
de portadores, relaciones
fenotipo/genotipo en pacientes de baja
penetrancia y clasificación molecular
de los tumores con técnicas de
expresión en matrices de ADN
2005
Comunidad
Autónoma de
Madrid
Estudio genómico mediante arrays de
oligonucleótidos de un modelo humano
de resistencia insulínica: Síndrome de
ovario poliquístico y obesidad
2003-2004
CAM
Aplicación de la tecnología de los
microarrays de cDNA para analizar la
expresión diferencial de genes entre
mujeres afectadas de síndrome de
ovario poliquístico y normales
2002-2003
CAM
Implementación y aplicación de una
técnica de “cDNA microarrays” para
el estudio simultáneo de la expresión
de miles de genes
2000-2002
MCyT
79
Centros de investigación pertenecientes al CSIC (Continuación)
Centro
Instituto de
Investigaciones
Biomédicas
“Alberto Sols”,
IIB (UAM-CSIC)
Instituto de
Microelectrónica
de Madrid, IMM
(CNM-CSIC)
Centro de
Investigación del
Cáncer (USALCSIC)
Departamento
80
Duración
Financiación
Implementación y aplicación de una
técnica de “cDNA microarrays” para
el estudio simultáneo de la expresión
de miles de genes
2002
PN
Desarrollo de nanobiochips de ADN
con tecnología micro/nanoelectrónica
2002
MCyT
Integrated Opto-Nanomechanical
biosensor for functional genomic
analysis (OPTONANOGEN)
2002-2005
UE
The application of functional genomic
and proteomic technologies to the
study of development and dissease
2002-2005
MCyT
Prototipo de un nanobiodispositivo
para la detección de alteraciones en
genes humanos (NANOBIOGEN)
2002-2003
MCyT
Microsistema Biosensor Optonanomecánico para análisis en
genómica funcional
2003-2006
MCyT
Investigación
básica
Análisis de alteraciones moleculares
de los activadores de Ras en tumores
usando la tecnología convencional de
RT-PCR y ampliada con la tecnología
de los chips microarrays
2001
MCyT
Bioinformática y
genómica
funcional
Análisis estadístico y biológico por
métodos informáticos de resultados
de chips genómicos de hemopatías
malignas
2003-2005
FIS
Investigación
aplicada
Perfil genómico y de expresión
génica en gliomas humanos. Relación
con las características
histopatológicas y el pronóstico
2002-2005
FIS
Utilización de la técnica de arrays
para determinar perfiles de expresión
relativa de moléculas efectoras de la
lesión intestinal en la enfermedad
celíaca
2004-2005
ACM
Análisis genético de cuasiespecies
virales mediante chips de DNA para
la planificación de tratamientos
antivirales (Proyecto VIROCHIP)
2002-2005
MCyT
Detección de genomas minoritarios en
cuasiespecies. Aplicación al desarrollo
de un nuevo método de diagnóstico de
virus patógenos basado en memoria
molecular
2001-2003
CAM
Laboratorio de
Endocrinología
Molecular
Dispositivos,
Sensores y
Biosensores
Instituto de Biología y Genética
Molecular, IBGM (CSIC-Universidad de
Valladolid)
Centro de
Astrobiología,
CAB (CSIC-INTA)
Título del proyecto
Laboratorio de
Evolución
Molecular
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Centros de investigación pertenecientes al CSIC (Continuación)
Centro
Departamento
Laboratorio de
Evolución
Molecular (cont.)
Centro de
Astrobiología,
CAB (CSIC-INTA)
Instituto de
Biomedicina de
Valencia, IBV
(CSIC)
Laboratorio de
Ecología
Molecular
Unidad de
Genética
Molecular
Título del proyecto
Duración
Financiación
Hacia un nuevo tipo de biosensor
basado en el uso de ácidos nucleicos
peptídicos (PNAs) y nanopartículas
magnéticas
2004-2005
CSIC
Microarrays de ADN para estudios de
biodiversidad
2003-2005
FIS
Desarrollo de tecnologías basadas en
microarrays para la detección de
biomarcadores de interés
astrobiológico y medioambiental
2004-2006
MCyT
Identificación de genes relacionados
con el síndrome de Parkinson
2002-2005
MCyT
Universidades
Centro
Departamento
Título del proyecto
Lab. Investigación
Metabólica, Lab.
Biotecnología,
Dpto. Cirugía,
Dpto.
Endocrinología.
Clínica
Universitaria de
Navarra
Estudio del patrón diferencial de
expresión génica en tejido adiposo
de pacientes obesos e individuos con
normopeso mediante la técnica de
microarrays
2001-2002
Gobierno de
Navarra
Fisiología y
nutrición
Susceptibilidad o resistencia al
desarrollo de obesidad inducida por
la grasa de la dieta en humanos:
identificación de genes de tejido
adiposo implicados mediante
tecnología de microarray
2002-2004
Gobierno de
Navarra
Centro de
Investigación
Médica Aplicada,
Universidad de
Navarra
Grupo de
Farmacogenómica
del Cáncer
Farmacogenómica en cáncer de colon
metastásico mediante tecnología
microarray
2004-2007
Fundación de
Investigación
Médica Mutua
Madrileña
Automovilista
Universidade
da Coruña
Bioloxía Celular e
Molecular
Sistema de determinación de niveles
de expresión génica por microarray
—
—
Anatomía
Patológica
Estudio de microarrays de cDNA para la
identificación de genes de expresión
diferenciada como potenciales
marcadores de riesgo de transformación
maligna en células bronquiales
2002
FIS
Biología
Molecular y
Bioquímica I
Acción antitumoral de los
cannabinoides: análisis de la
expresión génica en gliomas
mediante arrays de DNA
2005
CAM
Universidad de
Navarra
Universidad
Complutense de
Madrid
Duración
Financiación
81
Universidades (Continuación)
Centro
Departamento
Título del proyecto
Duración
Financiación
Instituto
Universitario de
Oncología
Análisis del Fracaso Primario y del
rechazo usando chips de ADN en
injertos de islotes
2004-2006
FIS
Facultad de
Medicina
Valor pronóstico de variables
biológicas definidas mediante tissue
microarrays (TMA) en cáncer de
próstata. Influencia del tratamiento
hormonal sobre el perfil de expresión
2002
FIS
—
Estudio, mediante microarrays, de la
inhibición de la maduración de las
células presentadoras de antígenos
como mecanismo de inducción de
tolerancia inmunológica postrasplante
2005
Junta de Castilla
y León
Universidad de
Valladolid
Bioquímica,
Biología Molecular
y Fisiología
Analisis de la respuesta a hipoxia de
las células quimiorreceptoras del
cuerpo carotideo de raton mediante
microarrays de oligonucleotidos
2003-2004
Universidad de
Castilla la
Mancha
Ingeniería
eléctrica,
electrónica y
automática, Área
de Tecnología
Electrónica
Biochips de ADN con control
electrónico
2003-2004
MCyT
Universitat
Autònoma de
Barcelona
Bioquímica y
Biología
molecular
Creación y distribución de microchips
de la levadura S. cerevisiae
2002
MCyT
Universidad
Politécnica de
Valencia
Grupo de
Sistemas RadioFibra Óptica
Sensores biofotónicos: estudio de la
detección de ADN usando
dispositivos basados en cristales
fotónicos 2D
2003-2005
—
Universidad de
Huelva
Ingeniería
Electrónica, de
Sistemas
Informáticos y
Automática
Extracción de conocimiento de los
microarrays de ADN usando
tecnología difusa
2003
MEC
Ciencias de la
computación e
inteligencia
artificial
Extracción de conocimiento de los
microarrays de ADN usando
tecnología difusa
2003-2006
MCyT
Ciencias
Computacionales
Procesos de regulación genética
sobre microarrays usando extracción
de conocimiento
2004
PN
Universidad de
Oviedo
Universidad de
Salamanca
Universidad de
Granada
82
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Universidades (Continuación)
Centro
Universidad de
Sevilla
Universidad de
Las Palmas de
Gran Canaria
Departamento
Duración
Financiación
Grupo de
Expresión Génica
en Eucariontes
Nuevas técnicas de genómica
funcional: análisis mediante DNAarrays de potenciales genes blanco
de los immunosupresores en células
linfoides y granulocíticas
2003-2005
FIS
Grupo de
Tecnología
Electrónica
Sistema de producción masiva de
biochips matriciales (microarrays)
ultradensos
2001-2004
MCyT
Ciencias Clínicas
Identificación de perfiles de
expresión génica
hormonodependientes: aplicación de
biochips al estudio de los
mecanismos moleculares de la
hormona de crecimiento humana
2002-2003
Pharmacia
Spain S.A.
Microbiología y
Parasitología
Detección de genes de virulencia de
Escherichia coli patógenos para seres
humanos y animales por nuevas
tecnologías de biología molecular: PCR
clásica, PCR cuantitativa en tiempo
real y chips de DNA/RNA microarrays
2002
Plan Gallego de
Investigación y
Desarrollo
Tecnológico
(2002-2005)
Desenvolvemento dun método de
detección de mutacións en xenoma
mitocondrial mediante arrays de
oligonucleótidos e análises de
fluorescencia
2002-2005
Xunta de Galicia
Desarrollo de “Microarrays” de ADN
para diagnóstico de paternidad
mediante el análisis de SNPs
2001-2003
PN
Análisis de bajo número de copias
ADN en problemas forenses usando
polimorfismos nucleotídos simples y
miocroarrays de ADN
2003-2005
PN
Genética
Microarrays y análisis computacional
de genes del desarrollo y la
regeneración en Drosophila
2002-2004
MCyT
División de
Ciencias
Experimentales
Funcion de las proteinas asociadas al
nucleoide h-ns y hha en la regulacion
de la expresion genica global en
salmonella. Estudio por dna array
2001-2007
DGI
Universidad de
Santiago de
Compostela
Instituto de
Medicina Legal
Universidad de
Barcelona
Título del proyecto
83
Hospitales
Centro
Departamento
Título del proyecto
Red temática de
investigación
cooperativa
“Estudio genético,
metabólico,
clínico,
terapéutico y
epidemiológico de
las hiperlipemias
hereditarias
genéticas en
España”
Patrón de expresión génica mediante
microarrays en las hiperlipemias
genéticas
2003-2005
FIS
Grupo de
Investigación en
Endocrinología
Molecular
Identificación de marcadores
tumorales del adenocarcinoma
endometrial a partir de un panel de
297 secuencias diferencialmente
expresadas aisladas por hibridación
de microarrays
2002
FIS
Hormonodepend
encia y tumores
sólidos
Identificación de marcadores tumorales
del adenocarcinoma endometrial a
partir de un panel de 297 secuencias
diferencialmente expresadas halladas
por hibridación de microarrays
2003-2005
FIS
Anatomía
Patológica
Perfiles de expresión
inmunohistoquímica y de amplificación
genética en cáncer de endometrio
estudiados mediante matrices de
tejidos (tissue microarrays)
2003-2005
FIS
Hospital
Universitario La
Paz (UAM)
Oncología
Pediátrica
Identificación de marcadores
moleculares de diagnóstico y
pronóstico en sarcomas de Ewing
mediante el empleo de microarrays
2004-2005
Investigación en
Oncología
Pediátrica
Fundación
Enriqueta
Villavecchia
Hospital
Universitario de
La Princesa (UAM)
Anatomía
Patológica
Diferenciación celular en linfomas B
de célula pequeña. Análisis de
expresión con microarrays de cDNA
2000-2003
CAM
Oncología Médica
Estudio farmacogenómico mediante
microarrays y técnicas de Biología
Molecular Clásica de resistencia a
quimioterapia en pacientes con cáncer
colorectal metastásico tratados en
primera línea con una combinación de
oxaliplatino y una fluopirimidina
2003-2005
Gobierno Vasco
Hospital Clínic Barcelona
Expresión génica del componente
infiltrante de los gliomas: investigación
de nuevos marcadores y dianas
2004-2006
AECC
Hospital Doce de
Octubre
Análisis del valor pronóstico y
predictivo del perfil de expresión
génica tumoral, mediante arrays de
oligonucleótidos, en la evolución de
los pacientes con cáncer de pulmón
Hospital Ramón
y Cajal
Hospital Vall
d'Hebron
(Universitat
Autònoma de
Barcelona)
Hospital
Materno-Infantil
de Las Palmas de
Gran Canaria
Hospital Las
Cruces - Centro
Vasco de
Investigación en
Cáncer, CVIC
84
Servicio de
Oncología
Duración
Financiación
FIFO
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Otros centros de investigación
Centro
Departamento
Título del proyecto
Duración
Financiación
Laboratorio de
Microarrays
Estudio genómico funcional del gen
LRRN6A en la diferenciación neuronal.
Optimización de metodologías
experimentales y bioinformáticas para
la aplicación de los microarrays a
estudios de expresión
2004
MCyT
—
Función del gen neuronal lern1.
Optimización de microarrays para
detección de aneuploidías en
poblaciones celulares heterogéneas
2003
MCyT
—
Acción especial de ayudas para el
fomento de tecnologías microarrays
de DNA para el análisis de expresión
génica
—
Fundación
Genoma EspañaAgilent
Ciencias Clínicas
Aplicación de la tecnología de biochips
al estudio de los mecanismos
moleculares de la hormona de
crecimiento - Identificación de perfiles
de expresión génica inducidos por
hormonas
2003
Fundación
Universitaria de
Las Palmas
Institut de Biotecnologia i Biomedicina
"Vicent Villar Palasi"
Tecnologia de microarrays aplicada a
l'anàlisi genòmic de tumors de bufeta i
a la validació de marcadors tumorals
2002-2005
—
Institut de
Biotecnologia i
de Biomedicina
(IIB-UAB)
Línea de investigación: citogenètica
molecular de tumors sòlids:
Hibridació Genòmica Comparada en
microarrays de DNA.
—
—
Aplicación de la CGH array para la
detección de reordenamientos
genómicos responsables de retraso
mental de causa desconocida
2004
MCyT
Genómica funcional del ratón:
biochips y modelos genéticos en
cáncer
2002-2005
MCyT
Genómica funcional del ratón:
biochips y modelos genéticos
2002-2005
Fundación
Ramón Areces
Diseño de una estirpe de ratón por
reemplazamiento génico necesaria
para la generación de mutantes
condicionales: un útil de uso
universal para el desarrollo de la
genómica funcional
2001-2004
MCyT
Centro de
Regulación
Genómica, Parc
de Recerca
Biomèdica de
Barcelona
Instituto Canario
contra el Cáncer,
ICIC
Unitat de
Citogenètica
Fundación para la Investigación Hospital
Universitario la Fe
Centro Nacional
de
Investigaciones
Oncológicas,
CNIO
Programa de
Oncología
molecular
85
Otros centros de investigación (Continuación)
Centro
Centro Nacional
de
Investigaciones
Oncológicas,
CNIO
Departamento
Programa de
Patología
molecular
Programa de
Biotecnología
86
Título del proyecto
Duración
Financiación
Identificación de nuevas dianas de
inactivación epigenética (metilación
aberrante del DNA y alteraciones de
la cromatina) en cáncer humano
usando microarrays y otras técnicas
genómicas
2002-2004
FIS
Perfil de expresión génica en
linfomas no Hodgkin a partir de un
biochip de 400 cDNA procedentes de
genes relacionados con el proceso
tumoral
2001
CAM
Diferenciación celular en linfomas B
de célula pequeña. Análisis de
expresión con microarrays de cDNA
2002-2004
CAM
Patrones de expresión genética en
cáncer de endometrio: estudio
mediante micro-arrays de cDNA
2002-2004
FIS
Aproximación multidisciplinaria al
cáncer de mama hereditario no
asociado a mutaciones en los genes
BRCAs. Desarrollo de un biochip de
expresión de cDNAs
2002-2004
MCyT
Extracción de conocimiento de los
microarrays de ADN usando métodos
estadísticos
2003-2006
MCyT
Estudio mediante arrays de cDNA de
los genes implicados en la
sensibilidad y resistencia a paclitaxel
en cáncer de mama y ovario
2002-2004
MCyT
Aplicación de nuevas tecnologías al
estudio del linfoma de Hodgkin: tissue
arrays (matrices de multitejidos),
microdisección y análisis de expresión
con microarrays de cDNA
2002-2004
FIS
Perfiles de expresión
inmunohistoquímica y de amplificación
genética en cáncer de endometrio
estudiados mediante matrices de
tejidos (“tissue microarrays”)
2003-2005
FIS
Diseño y fabricación de un biochip de
expresión para la predicción de la
respuesta a gemtabicina en pacientes
con cáncer de mama: GEMZACHIP
2004-2007
MCyT
Cáncer colorrectal: estudio
proteómico de expresión diferencial
mediante microarrays de proteínas
encaminado a mejorar la detección
precoz y el diagnóstico molecular
2005
CAM
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
Otros centros de investigación (Continuación)
Centro
Departamento
Programa de
Biotecnología
Centro Nacional
de
Investigaciones
Oncológicas,
CNIO
Programa de
Genética del
Cáncer Humano
Título del proyecto
Duración
Financiación
Diseño y fabricación de un biochip de
DNA de baja complejidad para la
evaluación pronóstica del cáncer de
mama
2003
MCyT
Desarrollo de metodologías de matrices
de DNA en soportes interactivos (CDROM) para análisis de polimorfismos y
expresión génica (CD-DNA)
2001-2003
MCyT
Genomic approaches to microarray
data analysis
2003
European
Science
Foundation
Desarrollo de nuevos métodos de
selección de genes y construcción de
predictores para el pronóstico de
parámetros clínicos usando
microarrays de ADN
2005
CAM
Desarrollo de los modelos estadísticos
para el análisis conjunto de arrays de
CGH y de expresión génica para el
estudio de neoplasias humanas
—
Mutua Madrileña
Automovilista
Marcadores genéticos del mal
pronóstico en leucemias mieloides
agudas y mielodisplasias: análisis
por citogenética molecular y perfiles
de expresión con cDNA arrays
2002-2004
MCyT
Diseño y producción de biochips de
ADN (CGH-arrays) con cobertura
completa de los genomas humano y
de ratón
2005
CAM
Caracterización mediante CGH-arrays
de reordenamientos genómicos de
cambios de dosis génica en procesos
neoplásicos
2005-2007
FIS
Búsqueda de genes implicados en
patogénesis de
Feocromocitomas/Paragangliomas, y
de marcadores asociados a curso
clínico usando 3 aproximaciones: cDNA
arrays, CGH e inmunohistoquímica
sobre arrays de tejido
2005-2007
FIS
Caracterización molecular e
inmunohistoquímica mediante matrices
de tejido, y búsqueda de alelos de baja
penetrancia en el cáncer colorrectal no
polipósico familiar
2005-2008
FIS
Caracterización de la heterogeneidad
molecular de los linfomas T humanos
mediante microarrays: implicación de
la ruta de activación de NFKB
2005
CAM
87
Otros centros de investigación (Continuación)
Centro
Instituto de
Salud Carlos III
Departamento
Título del proyecto
Bioinformática y
salud pública
Sistemas de Identificación Rápida de
Agentes Biológicos Agresivos
SIRABAD
Duración
2003-2005
Financiación
Ministerio de
Defensa
Empresas
Centro
Título del proyecto
Duración
Financiación
Análisis genético de cuasiespecies virales mediante chips
de ADN para la planificación de tratamientos antivirales
2003
PROFIT
Desarrollo de un microarray específico para la
identificación de alteraciones genéticas con valor
diagnóstico y pronóstico en tumores sólidos infantiles
2003
PROFIT
Desarrollo de sistemas de diagnóstico molecular basados
en microarrays de baja densidad
2003
PROFIT
Diseño de un microchip de ADNc para la detección de
resistencia a la quimioterapia en pacientes con cáncer de
pulmón
2003
PROFIT
Proyecto linfo-chip: desarrollo de un ADN-chip para el
diagnóstico diferencial de neoplasias hematológicas
2003
PROFIT
Proyecto Iberoeka Medchip - desarrollo de sistemas de
diagnóstico precoz e identificación de dianas terapéuticas,
mediante tecnología ADN-chip
2003
PROFIT
Neocodex, S.L.
Desarrollo de SNPs y Biochips aplicables al diagnóstico
molecular de la esterilidad humana
2003
PROFIT
Bioalma
Desarrollo e implementación de sistemas de clasificación
de muestras para datos de microarrays de expresión
génica o de tejidos
2003
PROFIT
Genetrix, S.L.
Genómica, S.A.
Medplant
genetics, S.L.
Tabla 11. Proyectos de investigación españoles relacionados con tecnologías de microarrays
Fuente: Elaboración propia
Acrónimos:
PN, Plan Nacional; FIS, Fondo de Investigaciones Sanitarias; MCyT, Ministerio de Ciencia y Tecnología;
CAM, Comunidad de Madrid; DGESI, MEyC, Ministerio de Educación y Cultura; FRA, fundación Ramón Areces;
CICYT, Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología; UAB, Universidad Autónoma de Barcelona; UE, Unión europea;
PGI y DT, Plan Gallego de Investigación y Desarrollo Tecnológico; DGES, Dirección General de Enseñanza Superior;
FCRG, Fundación Centro de Regulación Genómic; NIH, National Institutes of Health, USA; NIH/ NHLBI, National Institutes
of Health, National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI); CSIC, Consejo Superior de Investigaciones Científicas;
Asociación Española Contra El Cáncer (AECC); Fundación para la Investigación y Formación en Oncología (FIFO).
88
APLICACIONES DE LOS MICROARRAYS Y BIOCHIPS EN SALUD HUMANA
ANEXO V. Patentes recientes en Microarrays
Patentes recientes en Microarrays
Nº de Patente
Título
Solicitante
Fecha de
Publicación
WO2005018796
Microarray support for bioprobe synthesis
PamGene
(Hertogenbosch,
Países Bajos)
03/03/2005
US20050048580
Nucleic-acid programmable protein arrays
Harvard Collage
(Cambridge, MA,
USA)
03/03/2005
US20050048554
Method of making and using hybrid polymeric thin films for
bio-microarray applications
Zhou J; Zhou X
03/03/2005
US20050046758
Method of transcribing biomolecular patterns, method of
manufacturing chip boards, and method of manufacturing
biochips
Omron KK
(Tokyo); Aoyama
S; Matsushita T;
Nisjikawa T;
Norioka S; Tsuda
Y; Wazawa T
03/03/2005
US20050048648
Compositions & methods for reformulating biological
membranes for arrays
Fang Y; Ferrie
AM
03/03/2005
US20050048531
Methods for genetic analysis
Affymetrix
(Santa Clara,
CA, USA)
03/03/2005
Novel dendrimer compound, a biochip using the same and
a fabricating method thereof
Pohang Iron and
Steel Co.;
Pohang
University of
Science and
Technology
Foundation
(Pohang, Korea)
24/02/2005
US20050042363
Method for fabrication of biochips with a macroporous
polymer substrate
Chernov BK;
Gemmell MA;
Golovaj B;
Kukhtin AV;
Yershov GM
24/02/2005
WO2005014852
Microarrays of immobilized biomolecules, production
thereof, and use thereof
SusTech GmbH
& Co.
(Darmstadt,
Germany)
17/02/2005
KR2004094982
A method for highly concentrating a target material in a
sample using a scanning probe microscope to manufacture
a highly integrated nano-bioarray
Sogang
University
(Seoul, Korea)
12/11/2005
WO2005016869
Tabla 12: Patentes recientes en Microarrays.
Fuente: Recent patent applications in microarrays. Patents. (2005). Nature Biotechnology 23:550.
89
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Orense, 69, planta 2ª
28020 Madrid
Teléfono: 91 449 12 50
Fax: 91 571 54 89
www.gen-es.org