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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 una matriz 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 detección de alto rendimiento . El concepto y la metodología de los 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 del " chip genético " comenzó a crecer significativamente después del artículo de 1995 en la revista Science de los laboratorios Ron Davis y Pat Brown de la Universidad de Stanford. [6] Con el establecimiento 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 proteínas, péptidos y carbohidratos microarrays [7] se está expandiendo.
Los tipos de microarrays incluyen:
La gente en el campo de la biotecnología CMOS está desarrollando nuevos tipos de microarrays. Una vez alimentadas con nanopartículas magnéticas , las células individuales se pueden mover de forma independiente y simultánea en una micromatriz de bobinas magnéticas. Se está desarrollando un microconjunto de microbobinas de resonancia magnética nuclear . [8]
Una gran cantidad de tecnologías subyacen a la plataforma de microarrays, incluidos los sustratos materiales, [9] la localización de matrices biomoleculares, [10] y el empaquetado de microfluidos de las matrices. [11] Los microarrays se pueden clasificar según cómo aíslan físicamente cada elemento del conjunto, mediante detección (creación de pequeños pozos físicos), síntesis en chip (sintetizando las sondas de ADN diana adheridas directamente al conjunto) o basadas en cuentas (adheridas). muestras a cuentas con códigos de barras distribuidas aleatoriamente en la matriz). [12]
La publicación inicial sobre el proceso de producción de microarrays se remonta a 1995, cuando se imprimieron 48 ADNc de una planta en un portaobjetos de vidrio típicamente utilizado para microscopía óptica; por otro lado, los microarrays modernos incluyen ahora miles de sondas y diferentes soportes con recubrimientos. 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 tinciones de soluciones que contienen diferentes especies de la sonda en un portaobjetos varios miles de veces. [13]
Las impresoras modernas tienen filtro HEPA y tienen humedad y temperatura ambiente controladas, que normalmente rondan los 25 °C y un 50 % de humedad. Los primeros microarrays se imprimieron directamente sobre la superficie mediante el uso de pines de impresora que depositaban las muestras en un patrón definido por el usuario en el portaobjetos. Los métodos modernos son más rápidos, generan menos contaminación cruzada y producen una mejor morfología de las manchas. La superficie en la que se imprimen las sondas debe estar limpia, libre de polvo e hidrofóbica, para microarrays de alta densidad. Los recubrimientos para portaobjetos incluyen poli-L-lisina, aminosilano, epoxi y otros, incluidas las soluciones de los fabricantes, y se eligen según el 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 el daño. [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 , obtenido de bibliotecas de clones comúnmente disponibles y adquirido mediante amplificación de ADN mediante vectores bacterianos. Los enfoques modernos ya no incluyen sólo el 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 matrices incluyen impresión por contacto, litografía, impresión sin contacto y sin células. [14]
Los microarrays de impresión por contacto incluyen impresión con pines, microestampado o impresión de 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 pasadores, como pasadores sólidos, pasadores divididos o en forma de pluma para cargar y entregar la solución de muestra directamente sobre superficies sólidas de microarrays. El microestampado ofrece una alternativa a la impresión con alfileres comúnmente utilizada 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 el más destacado el microestampado. A diferencia de la impresión con pines, el microestampado es un método de deposición más paralelo con menos individualidad. Ciertos sellos se cargan con reactivos y se imprimen con estas soluciones reactivas de manera idéntica. [15]
La litografía combina varios métodos como fotolitografía, litografía de interferencia, escritura láser, haz de electrones y pluma de inmersión. 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 del microarray protegida químicamente. Si se ha bloqueado la luz ultravioleta , el área permanecerá protegida de la adición de nucleótidos, mientras que en 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 mediante el uso de 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 otros métodos, la impresión sin contacto no implica contacto entre la superficie y el sello, alfiler u otro dispensador usado. Las principales ventajas son una menor contaminación, una menor limpieza y un mayor rendimiento que aumenta constantemente. 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 traducción se llevan a cabo in situ, lo que hace que la clonación y expresión de proteínas en las células huésped queden obsoletas, porque no se necesitan células intactas. La molécula de interés se sintetiza directamente sobre la superficie de un área sólida. Estos ensayos permiten análisis de alto rendimiento en un entorno controlado sin inferencias asociadas con células intactas. [18]