BioNanomatrix, la startup que dirige al laboratorio, está en la búsqueda de lo que muchos creen que es la clave de la medicina personalizada: tecnología de secuenciación tan rápida y económica que todo el genoma humano pueda descifrarse en 8 horas a un valor de 100 dólares (o menos). Con la ayuda de una herramienta tan poderosa, el tratamiento médico podría ajustarse al perfil genético de cada paciente.
A pesar de la duda de muchos expertos de poder secuenciar íntegramente al genoma por 1.000 dólares y menos aún por su décima parte, BioNanomatrix cree que puede llegar a la meta de 100 dólares en cinco años. La razón de su optimismo: Han Cao, el fundador de la empresa, creó un chip que utiliza nanofluídica y una serie de canales cada vez más estrechos que se van bifurcando que, por primera vez, permitirá a los investigadores aislar y obtener la imagen de hebras muy largas de moléculas individuales de ADN.
Si la empresa tiene éxito, un médico podría realizar la biopsia de un tumor de cáncer de un paciente, secuenciar el ADN y utilizar la información para determinar un pronóstico y recetar un tratamiento, todo por un coste menor al de una radiografía de tórax. Por ejemplo, si la enfermedad fuera cáncer de pulmón, el médico podría determinar los cambios genéticos particulares en las células del tumor y prescribir la quimioterapia más adecuada para esa variante.
El chip de Cao, que alinea cuidadosamente el ADN, es esencial para una secuenciación más económica debido a que la hebra doble de ADN, aislada, se enrolla en ovillos compactos imposibles de analizar. Para secuenciar hasta a los cromosomas más pequeños, los investigadores tuvieron que fragmentar el ADN en millones de porciones más pequeñas, con una longitud de 100 a 1.000 pares de bases. Estas hebras, más pequeñas, se pueden secuenciar más fácilmente, pero después hay que volver a unir los datos como si fuera un rompecabezas. El método es oneroso y consume tiempo. Además, se transforma en un problema cuando el rompecabezas es tan grande como el genoma humano, que consta de alrededor de tres mil millones de pares de nucleótidos. Aún con los algoritmos más sofisticados, algunas partes se cuentan varias veces, mientras que otras se omiten por completo. La secuencia resultante tal vez no incluya los datos más importantes referidos a una enfermedad en particular.
En contraste con esto, el chip de Cao desenrolla tramos de moléculas delicadas de la hebra doble de ADN, de hasta 1.000.000 de pares de bases de longitud (una tarea que los investigadores antes creían imposible). La serie de canales que se bifurcan, incitan, de forma sutil, a que las moléculas se aflojen un poco más en cada bifurcación, mientras que a su vez actúa como esclusa para que se distribuyan de modo más uniforme. Una carga eléctrica suave los impulsa a través del chip y a la larga se logra que ocupen espacios con un grosor menor a 100 nanómetros. Con decenas de miles de canales, uno junto a otro, el chip permite que todo el genoma humano lo atraviese en alrededor de 10 minutos. Todavía queda unir los datos, pero el rompecabezas es mucho más pequeño (imaginen un rompecabezas de alrededor de 100 piezas versus 10.000) y queda menos espacio para errores.
nEl chip sólo cubre la mitad del desafío de los 100 dólares: desenrolla al ADN pero no lo secuencia. Para lograrlo, la empresa está trabajando con Complete Genomics, ubicada en Silicon Valley (Estados Unidos), que desarrolló sondas marcadas con elementos fluorescentes que se acoplan a las 4.096 combinaciones posibles de las ‘palabras’ de 6 letras del ADN. Junto con el chip de BioNanomatrix, las sondas podrían lograr la secuenciación a la velocidad del rayo, necesaria para el genoma de 100 dólares. Pero las sondas no se adhieren a la hebra doble de ADN, por lo que Complete Genomics deberá hallar un medio para abrir secciones pequeñas del ADN sin desacoplar toda la molécula.
BioNanomatrix está abierta a varias opciones. “En este punto no tenemos lazos exclusivos con ninguna química de secuenciación. Queremos poner nuestro chip a disposición de los secuenciadores y sentimos que es un componente esencial para reducir el precio al nivel de 100 dólares. No podemos hacerlo solos, pero sentimos que ellos no lo podrán lograr sin este componente crítico”, asegura Gary Zweiger, vicepresidente de desarrollo de la empresa.
Al margen de que BioNanomatrix alcance su meta de secuenciar por 100 dólares en ocho horas, su tecnología podría jugar un rol importante en medicina. Como los chips pueden procesar porciones largas de ADN, las moléculas retienen información respecto de la localización de los genes; de ese modo pueden utilizarse para identificar virus nuevos o bacterias que pueden causar una epidemia de forma rápida, o trazar mapas de genes nuevos asociados con enfermedades específicas. A medida que los investigadores aprenden más de las variaciones genéticas implicadas en las distintas enfermedades, podría resultar posible realizar biopsias de tejidos y secuenciar sólo aquellos genes con variantes conocidas por causar la enfermedad, opina Colin Collins, un profesor en el Prostate Center del Vancouver General Hospital (Canadá), que tiene planes de utilizar los chips de BioNanomatrix en su laboratorio. “De repente, puedes secuenciar de forma muy rápida y económica, darle al paciente un diagnóstico y pronóstico y, con optimismo, una medicación”, concluye Collins.