Estudiante de doctorado de la U of T utiliza biología sintética para crear herramientas de diagnóstico de bajo costo

La “biología sintética” puede parecer una contradicción en los términos, pero un estudiante de posgrado de la Universidad de Toronto Justin Vigar cree que puede mejorar la salud y la vida de personas en todo el mundo.

La biología sintética, un campo de investigación relativamente nuevo, aplica principios de ingeniería para recrear sistemas biológicos completamente funcionales. En el caso de Vigar, está utilizando este enfoque para desarrollar herramientas de diagnóstico rápidas y de bajo costo para combatir enfermedades infecciosas como beneficiario de un premio de doctorado en Consorcio de Infecciones Emergentes y Pandémicas (EPIC) – una de varias U de T iniciativas estratégicas institucionales.

Hoy en día, el estándar de oro para diagnosticar muchas enfermedades infecciosas es una técnica llamada PCR de transcripción inversa cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR), que es lo suficientemente sensible y específica como para detectar pequeñas cantidades de un microbio determinado en una muestra de un paciente. Sin embargo, el proceso es complejo, requiere equipos y materiales costosos y debe ser realizado por personal altamente capacitado.

«Hablamos mucho sobre América del Sur y otros países del Sur Global, pero en la mayoría de las áreas de Canadá, incluida la zona rural de Alberta, donde crecí, no hay acceso a RT-qPCR», dice Vigar, estudiante de doctorado en el cuarto año trabajando con Keith PardeeProfesor asociado de la Facultad de Farmacia Leslie Dan.

La falta de acceso a las pruebas RT-qPCR se hizo especialmente evidente durante la pandemia de COVID-19, cuando muchos países de ingresos bajos y medianos lucharon por rastrear la propagación del SARS-CoV-2 dentro de sus fronteras porque carecían de infraestructura, experiencia y recursos. realizar pruebas RT-qPCR oportunas para sus ciudadanos. Las pruebas rápidas de antígenos han ayudado a llenar el vacío, pero no son tan sensibles y no pueden ampliarse fácilmente para procesar cientos de muestras a la vez.

«Queríamos llenar este vacío creando herramientas realmente accesibles que pudieran detectar rápidamente la COVID-19 y otras infecciones, algo que sería un punto intermedio entre una prueba rápida de antígenos y la RT-qPCR», dice Vigar.

Con ese fin, él y sus colegas de laboratorio están creando una plataforma en papel personalizable que utiliza tiras de papel de bolsillo con circuitos genéticos integrados. El circuito se construye liofilizando proteínas y otros componentes moleculares, que funcionan como amplificadores y sensores, directamente sobre papel. Las muestras de los pacientes se procesan mínimamente para extraer material genético y se aplican directamente al papel. Si la muestra del paciente contiene material genético del patógeno de interés, esto hará que el circuito se encienda y produzca un cambio de color en el papel, que puede detectarse a simple vista.

El equipo de Pardee ya ha demostrado la eficacia de su herramienta de diagnóstico en papel para mejorar la vigilancia de la enfermedad durante el brote del virus Zika en Brasil entre 2015 y 2016 y, más recientemente, durante la pandemia de COVID-19. Ahora Vigar está trabajando con colaboradores en otros países de América Latina y la India para ampliar el uso de la herramienta de diagnóstico para monitorear otras enfermedades infecciosas, como el dengue y la leishmaniasis, que es causada por Leishmania parásito.

«Tenemos el sistema funcionando muy bien en Toronto y en algunos de nuestros países colaboradores, pero el desafío ahora es encontrar los materiales para incorporarlo al papel y expandirlo a otros países». dice Vigar.

Si bien para Vigar es fácil obtener los componentes y construir los dispositivos de papel en Toronto y enviarlos a colaboradores de todo el mundo, su objetivo final es permitirles fabricar y distribuir las herramientas localmente.

“Necesitamos trabajar con investigadores de otros países para construir una red que les dé acceso a estos reactivos y materiales, de modo que no dependan de nosotros para enviarlos. De esta manera, podrán construir sus propios oleoductos para detectar los patógenos y enfermedades que les interesan”.

Vigar estuvo en Chile durante dos semanas el verano pasado para ayudar a los investigadores locales a probar la reproducibilidad de sus propias pruebas en papel. El laboratorio de Pardee también recibió recientemente a dos estudiantes visitantes de la Universidad de Los Andes en Columbia para aprender el proceso de construcción de dispositivos de bajo costo.

Además de monitorear enfermedades infecciosas en humanos, Vigar dice que las plataformas en papel se están utilizando para responder otras preguntas importantes, por ejemplo, rastrear la propagación de una plaga agrícola o los movimientos de una especie en peligro de extinción.

La pasión de Vigar por la biología sintética y por garantizar el acceso equitativo a las nuevas biotecnologías se extiende más allá del laboratorio.

Es un delegado activo en el Convenio de las Naciones Unidas sobre Biodiversidad (UNCBD), que incluye dos acuerdos internacionales sobre bioseguridad y participación en los beneficios relacionados con la biología sintética y la biotecnología. Como participante da Conferência das Partes (COP) da UNCBD em Sharm El-Sheikh, Egito, em 2018, e em Montreal, em 2022, ele educou os participantes sobre biologia sintética e compartilhou sua perspectiva sobre como diagnósticos de baixo custo podem melhorar a vida de las personas. alrededor del mundo.

“Estas tecnologías son muy poderosas, pero están limitadas en cuanto a dónde y cómo se utilizan. Queremos hacerlo más accesible y, si trabajamos en colaboración para lograr este objetivo, beneficiará a muchas más personas”.