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Recursos de WikiversidadUn microarray es un laboratorio multiplex en un chip . [1] Su propósito es detectar simultáneamente la expresión de miles de interacciones biológicas. Es un arreglo bidimensional sobre un sustrato sólido , generalmente un portaobjetos de vidrio o una celda de película delgada de silicio , que analiza (prueba) grandes cantidades de material biológico utilizando métodos de detección y procesamiento miniaturizados, multiplexados y paralelos de cribado de alto rendimiento . El concepto y la metodología de microarrays fueron introducidos e ilustrados por primera vez en microarrays de anticuerpos (también conocidos como matriz de anticuerpos ) por Tse Wen Chang en 1983 en una publicación científica [2] y una serie de patentes. [3] [4] [5] La industria de los " chips genéticos " comenzó a crecer significativamente después del artículo de la revista Science de 1995 de los laboratorios de Ron Davis y Pat Brown en la Universidad de Stanford. [6] Con la creación de empresas como Affymetrix , Agilent , Applied Microarrays, Arrayjet, Illumina y otras, la tecnología de microarrays de ADN se ha convertido en la más sofisticada y la más utilizada, mientras que el uso de microarrays de proteínas, péptidos y carbohidratos [7] se está expandiendo.
Los tipos de microarrays incluyen:
Los investigadores del campo de la biotecnología CMOS están desarrollando nuevos tipos de microarreglos. Una vez que se introducen nanopartículas magnéticas , las células individuales pueden moverse de forma independiente y simultánea en un microarreglo de bobinas magnéticas. Se está desarrollando un microarreglo de microbobinas de resonancia magnética nuclear . [8]
Una gran cantidad de tecnologías sustentan la plataforma de microarrays, incluidos los sustratos materiales, [9] la localización de matrices biomoleculares, [10] y el empaquetamiento microfluídico de las matrices. [11] Las microarrays se pueden clasificar según la forma en que aíslan físicamente cada elemento de la matriz, mediante localización (haciendo pequeños pocillos físicos), síntesis en chip (sintetizando las sondas de ADN objetivo adheridas directamente a la matriz) o basadas en perlas (adhiriendo muestras a perlas con código de barras distribuidas aleatoriamente en la matriz). [12]
La primera publicación sobre el proceso de producción de microarrays se remonta a 1995, cuando se imprimieron 48 ADNc de una planta en un portaobjetos de vidrio que se utiliza habitualmente para la microscopía óptica. Por otro lado, los microarrays modernos incluyen ahora miles de sondas y diferentes portadores con revestimientos. La fabricación del microarray requiere información tanto biológica como física, incluidas bibliotecas de muestras, impresoras y sustratos de portaobjetos. Aunque todos los procedimientos y soluciones dependen siempre de la técnica de fabricación empleada. El principio básico del microarray es la impresión de pequeñas manchas de soluciones que contienen diferentes especies de la sonda en un portaobjetos varios miles de veces. [13]
Las impresoras modernas tienen filtros HEPA y controlan la humedad y la temperatura, que suelen rondar los 25 °C y el 50 % de humedad. Los primeros microarrays se imprimían directamente sobre la superficie mediante el uso de agujas de impresión que depositaban las muestras en un patrón definido por el usuario sobre el portaobjetos. Los métodos modernos son más rápidos, generan menos contaminación cruzada y producen una mejor morfología de los puntos. La superficie sobre la que se imprimen las sondas debe estar limpia, libre de polvo e hidrófoba para los microarrays de alta densidad. Los recubrimientos de los portaobjetos incluyen poli-L-lisina, amino silano, epoxi y otros, incluidas las soluciones de los fabricantes, y se eligen en función del tipo de muestra utilizada. Los esfuerzos en curso para avanzar en la tecnología de microarrays tienen como objetivo crear matrices densas y uniformes, al tiempo que se reduce el volumen necesario de solución y se minimiza la contaminación o los daños. [13] [14]
Para el proceso de fabricación, se necesita una biblioteca de muestras que contenga toda la información relevante. En las primeras etapas de la tecnología de microarrays, la única muestra utilizada era ADN , obtenida de bibliotecas de clones comúnmente disponibles y adquirida mediante amplificación de ADN mediante vectores bacterianos. Los enfoques modernos ya no incluyen solo ADN como muestra, sino también proteínas, anticuerpos, antígenos, glicanos, lisados celulares y otras moléculas pequeñas. Todas las muestras utilizadas están presintetizadas, se actualizan periódicamente y son más sencillas de mantener. Las técnicas de fabricación de arrays incluyen impresión por contacto, litografía, impresión sin contacto y sin células. [14]
La impresión por contacto de microarrays incluye la impresión con pines, la microestampación o la impresión por flujo. La impresión con pines es la metodología más antigua y aún más adoptada en la impresión por contacto de microarrays de ADN . Esta técnica utiliza tipos de pines como pines sólidos, pines partidos o pines de pluma para cargar y entregar la solución de muestra directamente sobre superficies sólidas de microarrays. La microestampación ofrece una alternativa a la impresión con pines de uso común y también se conoce como litografía blanda , que en teoría cubre diferentes tecnologías de transferencia de patrones relacionadas que utilizan sustratos monolíticos de polímeros estampados, siendo la más destacada la microestampación. A diferencia de la impresión con pines, la microestampación es un método de deposición más paralelo con menos individualidad. Ciertos sellos se cargan con reactivos y se imprimen con estas soluciones de reactivos de manera idéntica. [15]
La litografía combina varios métodos como la fotolitografía, la litografía de interferencia, la escritura láser, el haz de electrones y la técnica de pluma. El método más utilizado e investigado sigue siendo la fotolitografía, en la que se utilizan máscaras fotolitográficas para dirigir nucleótidos específicos a la superficie. La luz ultravioleta pasa a través de la máscara que actúa como un filtro para transmitir o bloquear la luz de la superficie de la micromatriz protegida químicamente. Si se ha bloqueado la luz ultravioleta , el área permanecerá protegida de la adición de nucleótidos, mientras que en las áreas que estuvieron expuestas a la luz ultravioleta, se pueden agregar más nucleótidos. Con este método, se pueden producir matrices personalizadas de alta calidad con una densidad muy alta de características de ADN utilizando un dispositivo compacto con pocas partes móviles. [16] [17]
Los métodos de impresión sin contacto varían desde la impresión basada en fotoquímica , la electroimpresión y la dispensación de gotas. A diferencia de los otros métodos, la impresión sin contacto no implica contacto entre la superficie y el sello, el alfiler u otro dispensador utilizado. Las principales ventajas son una menor contaminación, una menor limpieza y un mayor rendimiento que aumenta de forma constante. Muchos de los métodos pueden cargar las sondas en paralelo, lo que permite producir múltiples matrices simultáneamente. [14] [15]
En los sistemas libres de células, la transcripción y la traducción se llevan a cabo in situ, lo que hace que la clonación y la expresión de proteínas en células huésped sean obsoletas, ya que no se necesitan células intactas. La molécula de interés se sintetiza directamente sobre la superficie de un área sólida. Estos ensayos permiten un análisis de alto rendimiento en un entorno controlado sin inferencias asociadas con células intactas. [18]