carlos moina
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PLATAFORMA DE NANOSENSORES Y BIONANOINSUMOS PARA DIAGNÓSTICO POC DE
ENFERMEDADES INFECCIOSAS (NANOPOC)
Fondo Sectorial FSNano 2010
Aplicar la nanotecnología al desarrollo de una plataforma tecnológica para la detección “point-of-care” (POC) de enfermedades de importancia en seres humanos y animales
Objetivo General
Objetivo GeneralGeneración de
Innovación
Formación de RRHH
Desarrollo de una Amplia Gama de Productos
Facilidades de Micro y Nano Fabricación a Terceros
Alto impacto tecnológico
Plataforma Nano Plataforma Nano para diagnpara diagnóóstico stico
POCPOC
Alto Impacto Social
Composición Dinámica
Nuevas herramientas para política sanitaria
Formación de RRHH multidisciplinarios
Introducción de NT en el sector productivo
Asociación P+P
Plataforma
NANO POC
Organización del CAPP
Tratamiento de los derechos de Propiedad Intelectual (PI)
- Desarrollos previos al CAPP: PI compartida entre INTI y UNSAM
(convenio existente).
- Desarrollos dentro del CAPP: PI compartida entre los miembros del
consorcio.
Conformación del CAPP:
- Presidente: director del proyecto (INTI)
- Un director por UNSAM
- Un director por AGROPHARMA
- Un director por Biochemiq
- Un director por AADEE S.A.
- Un RAP (FIIB)
Objetivo específico• Desarrollar plataformas versátiles de detección de enfermedades que puedan ser utilizadas localmente.
Centro de Atención Primaria en Formosa Atención de pueblos originarios en Chaco
¿Por qué Nano-Micro-Bio?
La Nanotecnología permite obtener alta sensibilidad aún con pequeñas cantidades de muestra
La Microtecnología permite la fabricación de detectores portátiles, robustos y de bajo costo aún en series cortas de producción
La Biotecnología permite la detección de una gran variedad de patógenos con alta especificidad
¿Por qué sistemas de diagnóstico POC?
Diagnóstico rápido y en paralelo de múltiples agentes infecciosos
Identificación inequívoca del tipo y subtipo de patógeno
Seguimiento preciso de la enfermedad y pronóstico
Detección rápida y mejor respuesta frente a brotes epidémicos
Mejora de la competitividad frente a sistemas vigentes
Características Generales
� Fase I: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico Rápido basado en la utilización de nanopartículas magnéticas y detección electroquímica.
�Fase II: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico POC basado en Lab-on-a-Chip electroquímicos y minifluorimétricos
� Fase III: Desarrollo de un Sistema de Diagnóstico POC basado en MEMS- MOEMS utilizando NPM y marcadores fluorescentes
Desarrollo de la Plataforma
DetecciDeteccióón n ElectroquElectroquíímicamicaCon NPMCon NPM
DetecciDeteccióón n FluorimFluoriméétrica con trica con NPMNPM
Modos de Medición
DetecciDeteccióón n ElectroquElectroquíímicamicaCon Electrodo Con Electrodo FuncionarizadoFuncionarizado
Imán
Ag
Au
HRP
H2O2
Red
H2O
Ox
Red
e-
DetecciDeteccióón Electroqun Electroquíímica con Electrodo Funcionalizadomica con Electrodo Funcionalizado
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00
-1.00
-0.75
-0.50
-0.25
0.00
b
c
i / µA
E / V
a
Detección Electroquímica mediante nanopartículas magnéticas
Reducido
Reducido
Oxidado
DetecciDeteccióón n ElectroquElectroquíímicamicaCon NPMCon NPM
1) Suero1) Suero
2) Lavados2) Lavados
3) Anticuerpo 3) Anticuerpo SecundarioSecundario
4) Lavados4) Lavados
5) Medici5) Medicióón n ElectroquElectroquíímicamica
e-
H2O2
H2O
Corriente (I) vs Tiempo (t)
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0 10 20 30 40 50 60
Tiempo (s)
Corriente (uA)
Antecedentes
Desarrollo de Nanocomponentes
SiO2/maghemita Alginato/Maghemita Nanoflores Au/Maghemita
Procesamiento de las muestras Medición de las muestras
Cubetas de procesamiento de las muestras
Celdas de mediciónelectroquímica
AntecedentesPrueba de concepto de prototipado
BUFFER
SUEROLAVADO
ANTIGENO
LAVADO
MEDICIÓN
Fluídica integrada
Manipulación de NP:
Desplazamiento por magneto y
dielectroforesis,
concentración
electromagnética
Diagrama del Lab-on-a-Chip
BUFFER
SUEROLAVADO
ANTIGENO
LAVADO
MEDICIÓN
Fluídica integrada
Manipulación de NP:
Desplazamiento por magneto y
dielectroforesis,
concentración
electromagnética
Diagrama del Lab-on-a-ChipFase II
Microbobinas:microconcentrador magnetico de NP
Detalles las bobinas y los microcanales
Die 5mm2
Microbobina de Al sobreSi+SiO2 5µm x 100nm
Moldeo de los microcanales en SU-8
Diagrama del MOEMS espectroscópico
Fase III
Diseño del MEMS
Estadoinicial
Estadoestresado
Fuente de luzColector de luz
Sintonizador
MEMS
Fotodetector
Cartucho con
Microfluídica
Diagrama del MOEMS espectroscópico
Diseño del MEMS
Estadoinicial
Estadoestresado
Fuente de luzColector de luz
Sintonizador
MEMS
Fotodetector
Cartucho con
Microfluídica
Enfermedades ViralesEnfermedades Virales Enfermedades ParasitariasEnfermedades ParasitariasEnfermedades BacterianasEnfermedades Bacterianas
Virus AftosaVirus Aftosa
Fiebre AftosaFiebre Aftosa
BrucellaBrucella abortus abortus
BrucelosisBrucelosis
TrypanosomaTrypanosoma cruzi cruzi
Enfermedad de ChagasEnfermedad de Chagas
AntAntíígeno: 3ABCgeno: 3ABC--C163AC163A
Sueros: 270 (Negativos), 9 Sueros: 270 (Negativos), 9 (Positivos), 252 (Vacunados)(Positivos), 252 (Vacunados)
Fase: ValidaciFase: Validacióónn
AntAntíígenos: Ag1, TSSA, genos: Ag1, TSSA, SAPA, Ag13, Ag36SAPA, Ag13, Ag36
Sueros: 32 (Negativos), 36 Sueros: 32 (Negativos), 36 (Positivos)(Positivos)
Fase: ValidaciFase: Validacióónn
0
20
40
60
80
100
120
% PP
Ag1
TSSA
SAPA
Ag13
Ag36
Ag1
TSSA
SAPA
Ag13
Ag36
Negativo Positivo
0
20
40
60
80
100
% PP
Nega
t ivo
Posit
ivo
Vacu
nado
0
20
40
60
80
100
120
% PP
Neg
ativos
Posit
ivos
Vac
unad
os
Enfermedades Detectadas
AntAntíígeno: AcrAgeno: AcrA--AgOAgO
Sueros: Prueba Sueros: Prueba experimental de experimental de infecciinfeccióón y vacunacin y vacunacióónn
Fase: ValidaciFase: Validacióónn
Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección fluorométrica
0
20
40
60
80
100
120
140
160
325
752
4 107680.3
107680.6
107964.2
107964.3
107964.5
107964.8
915
0 1 2 6 1256
1257
1258
1259
1260
Denominación del suero
% de la señal con respecto al
control p
ositivo
Sueros animales infectados
Sueros animales no-infectados
Sueros animales vacunados
Cut-off (media + 3DS): 50 % Sensibilidad (S): 100 % Especificidad (E): 99,2 %
Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección electroquímica
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
325
752
4 915
0 1 2 6 1256
1257
1258
1259
1260
Denominación de l suero
% de la señ
al con respecto al co
ntrol
positivo
Sueros animales infectados
Sueros animales no-infectados
Sueros animales vacunados
Factibilidad comercial
De la evaluación comercial efectuada surgen dos mercados
potenciales para las Plataformas de Diagnóstico POC:
Mercado de Salud Humana
Mercado de Sanidad Animal
Dentro de cada uno de los dos mercados se identificaron varios segmentos y nichos de mercado potenciales
NICHOS DE MERCADO
POTENCIALES
SEGMENTOS DE MERCADO
POTENCIALES
MERCADO POTENCIAL
Salud Humana
Centros de Atención de la
Salud
Centros de Atención
Primaria de la Salud
Laboratorios
Laboratorios de Hospitales Públicos y
Laboratorios Privados Pequeños
/ Medianos
Mercado potencial en Salud Humana
- La dimensión del mercado potencial en Salud Humana es de $37.200.000.
- Esta cifra surge de tomar en cuenta un valor de venta estimado para las Plataformas de Diagnóstico POC de U$S1.500 cada una; un tipo de cambio $/U$S 4,00 y una cantidad de unidades igual a la cantidad de CAPS (Centros de Asistencia Primaria de la Salud) en el país (6.200).
Mercado potencial en Sanidad Animal
NICHOS DE MERCADO
POTENCIALES
SEGMENTOS DE MERCADO POTENCIALES
MERCADO POTENCIAL
Sanidad Animal
Sanidad Animal Privada
Empresas / Productores
Sanidad Animal Pública
Centros de Zoonosis y Bienestar Animal
- La dimensión del mercado potencial en Sanidad Animal es de $330.000.000.
- Esta cifra surge de tomar en cuenta un valor de venta estimado para las Plataformas de Diagnóstico POC de U$S1.500 cada una; un tipo de cambio $/U$S 4,00 y una cantidad de unidades igual a la cantidad de Grandes Explotaciones Agropecuarias con Ganado Bovino (unidades con más de 500 cabezas) más 2.000 Centros de Zoonosis y Bienestar Animal en el país.
Año 1 Año 2 Año 3 Año 4
1er Sem. 2do Sem. 1er Sem. 2do Sem. 1er Sem. 2do Sem. 1er Sem. 2do Sem.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1819
20
21
22
23
24
25
26
27
FASE 1
FASE 2
FASE 3
Reunión CAPP
Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección fluorométrica
0
20
40
60
80
100
120
140
160
325
752
4 107680.3
107680.6
107964.2
107964.3
107964.5
107964.8
915
0 1 2 6 1256
1257
1258
1259
1260
Denominación del suero
% de la señal con respecto al
control p
ositivo
Sueros animales infectados
Sueros animales no-infectados
Sueros animales vacunados
Cut-off (media + 3DS): 50 % Sensibilidad (S): 100 % Especificidad (E): 99,2 %
AntecedentesPruebas de concepto
NanoparticulaSPM
Diagnóstico de Fiebre aftosa: detección electroquímica
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
325
752
4 915
0 1 2 6 1256
1257
1258
1259
1260
Denominación de l suero
% de la señ
al con respecto al co
ntrol
positivo
Sueros animales infectados
Sueros animales no-infectados
Sueros animales vacunados
AntecedentesPruebas de concepto
NanoparticulaSPM
Pruebas de concepto Diagnóstico de Brucelosis bovina
0
1000
2000
3000
4000
5000
Blanco
56 / No-infectado
23 / Pre-Infeccion 2308
23 / Post-infeccion 2308
1086 / Pre-vacunacion S19
1110 / Pre-vacunacion S19
1093 / Pre-vacunacion S19
1086 / Post-vacunación S19
1110 / Post-vacunación S19
1093 / Post-vacunación S19
1113 / Pre-vacunacion ∆pgm
1075 / Pre-vacunacion ∆pgm
1085 / Pre-vacunacion ∆pgm
1113 / Post-vacunación ∆pgm
1075 / Post-vacunación ∆pgm
1085 / Post-vacunación ∆pgm
Animal N° / Status
Unidades de fluorescencia
Antecedentes
NanoparticulaSPM
Pruebas de concepto
Diagnóstico de Brucelosis humana
72 209
9714,5
14197
21891
23625
7175,5
2711,5
0
5000
10000
15000
20000
25000
PBS
Twee
n 1%
Blan
coNo
-infe
ctad
o
1143
1314
1149
1286
1213
Unidad
es de fluorescen
cia
Antecedentes
NanoparticulaSPM
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00
-1.00
-0.75
-0.50
-0.25
0.00
b
c
i / µA
E / V
a
Detección Electroquímica mediante nanopartículas magnéticas
Aportes de cada una de las partes que conforman el Consorcio Asociativo Público Privado (CAPP)
• INTI: desarrollo y prototipeado de plataformas biosensoras
• IIB-UNSAM: producción de antígenos recombinantes. Desarrollo, puesta
a punto y validación de nuevos y mejores métodos de diagnóstico.
• PYMES electrónicas: adaptación, fabricación y comercialización de
plataformas biosensoras (AADEE S. A)
• PYMES biotecnológica: producción, comercialización y distribución de
los insumos biológicos de la plataforma de diagnóstico (AGROPHARMA y BIOCHEMIQ).
INTI – E & I
Microfabricación
del Lab on a Chip
INTI – PS
Síntesis NP
Desarrollo el método
de medición
INMUNO –
BIO -
SENSOR
UNS -
Circuito Integrado
- Potenciostato
UNSM-IIB
Producción de
Proteínas
recombinantes
Conformación del grupo de trabajo
Antecedentes
Convenio INTI-IIB (año 2008)
NanoparticulaSPM
INTI (Procesos Superficiales y Electrónica e Informática):aportará sus capacidades y medios técnicos en las áreas de síntesis y caracterización de nanopartículas funcionalizadas, de sistemas electroquímicos de microelectrodos y ultra microelectrodos funcionalizados con monocapas autoensambladas; informática; diseño, fabricación y caracterización de microsistemas basados en silicio; tratamiento de materiales, superficies y recubrimientos
El IIB-UNSAM aportará sus capacidades y medios técnicos en las áreas de desarrollo de proteínas recombinantes y sistemas de diagnóstico; así como de el estudio de agentes patógenos
Instituciones
AGROPHARMA: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para la producción de los antígenos recombinantes a escala piloto, más su conocimiento y capacidades para la producción, comercialización y distribución de los futuros insumos biológicos de la plataforma de diagnóstico.
AADEE S.A.: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para el desarrollo y producción de los inmunobiosensores derivados del proyecto.
Biochemiq S.A.: aportará sus capacidades y medios técnicos y económicos para la producción de los bionanoinsumos necesarios para Los ensayos piloto y posterior producción de los sistemas inmunobiosensores.
Empresas
Excitación
Emisión
DetecciDeteccióón n
FluorimFluoriméétricatrica
1) Suero
2) Lavados
3) Anticuerpo Secundario
4) Lavados
5) Medición Fluorescencia
Micro red de difracción sintonizada por estrés mecánico
Principio de funcionamiento:
• Paso de la red variable.
• La red es actuada por estrés mecánico.
• El estrés mecánico es manejado
por un MEMS actuador
controlado por tensión.• Las señales fluorescentes son
escaneadas en frecuencia.
• La introducción de tensiones
alternas en el actuador, permite el escaneo de las señales
fluorescentes en el tiempo.
Adquisición de datos espectrales
Características y fabricación de la micro red
La micro red es una estructura ondulada y
ordenada, la cual se consigue depositando un nano film rígido sobre un sustrato elastomérico
pretensado (pasos 1, 2 y 3).
Ejemplo de aplicación:Espesor del PDMS .....…...1mmEspesor del film Au/Pd …10 nm
Pretensión en PDMS ……..30%
Permiten obtener un
ondulado micrométrico característico para la red
con 85 nm de excursión en sintonía del espectro
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