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Biotecnología

Esta 'start-up' quiere reactivar la electrónica molecular

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Veinte años después de que este campo viviese un intenso 'hype', Roswell Biotechnologies ha empezado a utilizar moléculas individuales para fabricar mejores chips biosensores

  • por Karmela Padavic-callaghan | traducido por Ana Milutinovic
  • 03 Mayo, 2022

En 1999, Jim Tour, químico de la Universidad de Rice (EE UU), cofundó la empresa Molecular Electronics Corporation con el objetivo utilizar moléculas individuales para crear un nuevo tipo de memoria electrónica. Pero Tour tenía sueños aún más grandes. En un artículo publicado en 2000 en Wired, predijo un futuro en el que la electrónica molecular superaría a los circuitos basados en silicio, lo que permitiría que los chips de ordenador siguieran volviéndose más densos y potentes. Esta visión duró poco: cinco años más tarde, la memoria USB acaparó el mercado de la memoria, el silicio seguía dominando la tecnología de los chips y Tour dejó la electrónica molecular. El campo, antes con buena financiación, casi colapsó.

Pero la start-up Roswell Biotechnologies, con sede en San Diego (EE UU), espera darle una segunda vida a la electrónica molecular, y Tour, que forma parte del consejo asesor científico de Roswell, está listo para defender ese concepto de nuevo. "Llevo diciendo todo el tiempo que esto puede funcionar", asegura el químico.

En vez de centrarse en los circuitos informáticos, Roswell pone el foco en integrar moléculas individuales en circuitos de biosensores electrónicos y espera que este enfoque pronto proporcione una forma económica y fácil de detectar los virus, toxinas ambientales y analizar los efectos de los productos farmacéuticos en la vida real.

En enero, la empresa informó en la revista PNAS sobre un avance crucial: un conjunto de 16.000 biosensores moleculares funcionales completamente integrados con el circuito de un chip semiconductor. Esto demuestra que estos chips se pueden fabricar con los métodos de fabricación existentes a escala comercial y, según el cofundador y director científico de Roswell, Barry Merriman, podrían costar tan solo unos pocos euros por unidad.

"Es una gran idea. Creo que hace mucho tiempo que los fabricantes de chips tenían que haber hecho algo por nosotros en biociencias", opina Nils Walter, químico de la Universidad de Michigan (EE UU) y cofundador de la empresa aLight Sciences, quien también desarrolla moléculas individuales como biosensores, excepto que su enfoque una la fluorescencia -la emisión de luz- en lugar de las señales eléctricas para leer los resultados.

Roswell no es la única empresa que se dedica a los biosensores basados en chips. Por ejemplo, Dynamic Biosensors, con sede en Munich (Alemania), ofrece chips con sensores de ADN que usan luz. Pero el método de fabricación de Roswell crea sensores precisos que son suficientemente flexibles para imaginar un "biosensor universal" que se puede producir en masa con las técnicas modernas de fabricación de chips, explica Merriman.

La pieza central de los circuitos de Roswell es un cable molecular hecho de una cadena de aminoácidos que está conectado al resto del chip como lo estaría un cable metálico normal. Para crear un sensor, el laboratorio conecta una molécula al otro extremo del cable. Cuando esta molécula interactúa con su objetivo previsto, que puede ser una hebra de ADN, un anticuerpo o cualquier otra molécula biológicamente relevante, su conductividad eléctrica cambia. El chip registra este cambio y el software extrae los detalles de interacción correspondientes.

Crédito: Roswell Biotechnologies

Para unir miles de sensores, Roswell comienza con un chip de silicio con prefabricados nanoelectrodos incrustados, luego usa la tensión eléctrica para extraer moléculas de la solución y colocarlas en el chip. Esta parte del proceso tarda menos de 10 segundos (antes, los procesos moleculares similares tardaban horas o incluso días).

El método de Roswell podría revivir algunas de las esperanzas que tenían los investigadores de electrónica molecular hace 20 años. En aquel entonces parecía que el pequeño tamaño de las moléculas podría ayudar a que los componentes del circuito fueran más pequeños y los chips informáticos más densos. Sonaba fascinante, ya que un fabricante de chips moleculares podría, en teoría, "autoensamblar" los circuitos: añadir las moléculas en condiciones muy controladas y dejar que se unieran en las estructuras deseadas por sí mismas, explica el genetista de la Universidad de Harvard (EE UU) y miembro del consejo asesor científico de Roswell George Church.

El entusiasmo por tales propiedades moleculares condujo a un rápido crecimiento del campo de la electrónica molecular a finales de la década de 1990. Parecía el momento perfecto. "A lo largo de las décadas de 1980 y 1990 hubo toda clase de predicciones sobre cómo el silicio iba a estrellarse contra un muro", recuerda Tour. Pero no fue así, los ingenieros siguieron avanzando. "Intentábamos disparar hacia un blanco móvil, ya que el silicio mejoraba cada vez más su rendimiento", resalta Tour. Philip Collins, físico de la Universidad de California en Irvine y, durante un tiempo, consultor de Roswell, recuerda que el declive de la electrónica molecular fue dramático: "Yo diría que nueve de cada 10 investigadores abandonaron ese campo".

Con su nuevo chip, sin embargo, Roswell apunta a una aplicación para la que el silicio no es adecuado. Las moléculas son especiales, ya que "pueden ser mucho más complejas que los elementos binarios". "Pueden codificar todos estos estados, diferentes e interesantes, como los que se dan en la bioquímica, a los que no tenemos otras formas de acceder", señala Collins. 

La nueva visión, compartida por Roswell y otros fabricantes de tecnología molecular introducida en los chips, consiste en crear biosensores. Estos permitirían registrar biomarcadores, tales como niveles de vitaminas o señales de una infección, con solo un poco más de trabajo de lo que se emplea hoy en determinar la frecuencia cardíaca con un reloj inteligente. En el caso de Roswell, miles de biosensores podrían detectar simultáneamente diferentes interacciones moleculares y los chips serían desechables.

Walter, de la Universidad de Michigan, señala que, aunque el dispositivo de Roswell puede contener más de 10.000 biosensores en un chip, la posibilidad de tener cientos de miles o millones haría más comercializable la funcionalidad del dispositivo, ya que podría ser útil para detectar bajas concentraciones de biomarcadores en etapas tempranas de alguna enfermedad.

Foto: El CEO de Roswell, Paul Mola (a la izquierda) y el CSO y cofundador, Barry Merriman. Créditos: Roswell Biotechnologies.

El mercado de la biotecnología comercial no es algo nuevo para Church, Merriman y otros directivos de la empresa. Pero la experiencia y los conocimientos del equipo de Roswell no han hecho que el proceso de financiación de la empresa sea tan fácil como esperaba su CEO, Paul Mola. Después del artículo de la compañía publicado en enero, Mola reconoce que esperaba que llegara más capital de riesgo, pero no sucedió. Aunque Roswell ha recaudado más de 54 millones de euros hasta el momento (principalmente de inversores estratégicos y representantes de familias adineradas), tuvo que reducir en febrero casi a la mitad su fuerza laboral.

Mola se siente frustrado por la falta de inversión en la empresa cuando está, según él, tan cerca de la comercialización. "Nos parecía que realmente hemos hecho mucho con muy poco. Ahora necesitamos de verdad que la comunidad dé un paso al frente, que nos apoye y nos lleve hasta el final", asegura. 

Mola, que es afroamericano, cree que parte del problema radica en el historial problemático de la industria biotecnológica con la diversidad, una preocupación de la que Stat informó a principios de marzo. "Si pensamos en los emprendedores y fundadores, en general han tenido a un empresario en su familia y tienen redes y acceso a los inversores. Desde un punto de vista sistémico y de forma generalizada, los emprendedores negros no tienen eso. Yo no tengo eso", admite.

Roswell todavía planea lanzar un dispositivo comercial para finales de este año, afirma Mola. La start-up está a punto de comenzar su próxima ronda de financiación. También ha introducido un servicio que podría atraer a los clientes antes de que sea posible venderles sus chips directamente: los científicos ahora podrán enviar muestras a Roswell para que sus biosensores moleculares trabajen en ellas internamente, recopilando datos valiosos sobre, por ejemplo, la función en tiempo real de nuevos medicamentos.

Para Tour, el trabajo de Roswell sigue siendo un símbolo del renacimiento de la electrónica molecular: "Poder ver que algo se mueve y decir ‘está bien, funciona, solo que tardamos más de lo que pensábamos’ es bonito".

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