Biochips

Biochips Es un dispositivo de un tamaño muy reducido (varios micrómetros, un micrómetro 1μm=10-6 es la millonésima parte de un metro) compuestos por un material biológico conocido dispuesto sobre una matriz de silicio, plástico o cristal, que se emplea para obtener información sobre determinadas secuencias genéticas.

Biochips. Sistemas de medición y censado con un alto grado de precisión que emplea material biológico genético (ADN o ARN), que pertenece a la disciplinas científicas denominadas biocomputación y bioinformática. Se conocen también como Microarrays. En la actualidad el término biochip está tratando de encontrar su correcta significación en el ámbito científico tecnológico ya que, en ocasiones, con él se designan instrumentos con muy diferentes aplicaciones en campos biológicos o informáticos, como la biocomputación, los biodispositivos y la biología molecular

La integración de lo orgánico con lo inorgánico

Con la implementación a gran escala de la biología (moléculas orgánicas y células) con la microelectrónica y la nanoelectrónica en procesos industriales, ingeniería y medicina, a través de la optimización de sistemas de cómputo tanto en hardware como en software, ha permitido descubrir un sinnúmero de propiedades físico-químicas de la materia orgánica a escalas ínfimas. Caso particular, es el desarrollo progresivo de nuevos sistemas de medición y censado con un alto grado de precisión que emplea material biológico genético (ADN o ARN), que pertenece a la disciplinas científicas denominadas biocomputación y bioinformática. Los biochips son dispositivos similares a los microchips de computadoras, aunque con una amplia variedad de funciones para la medicina y la agricultura. Igual que sucede con los circuitos de las computadoras, que son capaces de calcular millones de operaciones matemáticas en sólo un segundo, los biochips realizan millones de reacciones biológicas, como decodificar genes, en cuestión de segundos.

Etimología

Etimológicamente biochip se descompone en Bio (vida) y Chip (dispositivo de tamaño muy pequeño construido mediante técnicas de fotolitografía o robots piezoeléctricos).

Clasificación de acuerdo a su uso

¨Biodispositivos¨: son aquellas aplicaciones de dispositivos electrónicos en los seres vivos como los implantes de chips para controlar los temblores en la enfermedad de Parkinson o los implantes cocleares.

¨Biocomputación¨:se emplean sustancias biológicas con la finalidad de desarrollar nuevo hardware para procesos computacionales, como ejemplo encontraríamos las memorias basadas en conformaciones proteicas y la computación con ADN.

En ¨Biología molecular¨ los biochip son empleados para la obtención de información biológica. En general el término biochip se emplea dentro de este campo para referirse a los dispositivos en los que se alcanza una elevada densidad de integración de un material biológico inmovilizado sobre una superficie sólida, por analogía con la elevada densidad de circuitos electrónicos presente en un chip microelectrónico.

Tipos

La diversificación de soluciones tecnológicas dentro del campo de los biochips ha permitido la diferenciación de estos en dos grandes grupos:

• Biochips "comerciales": que son aquellos diseñados por empresas que inmovilizan el material genético en la superficie del chip y lo fabrican en grandes cantidades y que llegan a los investigadores listos para su empleo.
• Biochips "personalizados" o "home-made-chips": Este término agrupa a aquellos biochips que son fabricados por los propios investigadores en sus laboratorios. Con esta finalidad se han desarrollado y comercializa unos robots (arrayers) capaces de recoger y depositar sobre la superficie del chip el material biológico a inmovilizar.

Funcionamiento

¿Cómo funciona el biochips? Se toma una muestra de material genético de un paciente o de un experimento que sea complementaria a la secuencia dispuesta en el chip, de tal forma que se hibriden y eliminen todas las cadenas de ADN que no sean complementarias al chip, que posteriormente serán leídas por un escáner arrojando como resultado un patrón de luz característico, que luego será interpretado por un computador. Esta interpretación se efectúa mediante un complicado software diseñado para tal fin, en la que se puede conocer las posibles deficiencias o mutaciones que hay en un individuo o una célula específica en su material genético.

El patrón de colores indica las características afines del material genético de la muestra con la dispuesta sobre el biochip, los colores tenues, indican deficiencias o incompatibilidades genéticas atribuidas a algún tipo de enfermedad. El fundamento de estos dispositivos radica en la inmovilización del material biológico sobre una superficie sólida, para la realización de un ensayo de afinidad entre el material inmovilizado (sonda) y el material de muestra (blanco) que se desea analizar en paralelo, para lo cual se inmovilizan diferentes sondas. En estos dispositivos se dispone el material biológico de una forma regular, ordenada y conocida sobre la superficie. Esta disposición permite el establecimiento de una retícula formada por un conjunto de filas y de columnas en el que cada posición es inequívoca y está identificada como en una matriz matemática. Este tipo de disposición permite el conocimiento del material depositado en cada posición.

Aplicaciones

La tecnología en biochips tiene un amplio campo de aplicaciones, ya sea a nivel experimental (in vitro), a nivel industrial (ex vivo) o a nivel humano (in vivo). Ejemplos de su utilización

Medicina preventiva y/o personalizada

Para el conocimiento de rasgos genéticos de las poblaciones, con el fin de prevenir algunas predisposiciones a padecer ciertas enfermedades, antes que se manifiesten sus síntomas (epidemiología genética).

Seguimiento de terapia

Permite valorar determinados rasgos genéticos que podrían tener incidencia directa en la respuesta de una terapia genética.

Monitorización de expresión génica

Permite cuantificar de manera simultánea la expresión de un gran número de genes, para ello se emplea como complemento sistemas robóticos de alta precisión (por ejemplo la monitorización empleada en el proyecto genoma humano). También la monitorización se usa para la cualificación de determinados patrones de expresión genéticas, con el fin compararlos con otros que presenten deficiencias expresas a través de patologías descubiertas en una persona.

Secuenciación

Ppara comprobar o actuar como sistema de control de calidad sobre la compatibilidad y/o complementariedad de largas secuencias de ADN in vitro.

Detección de mutaciones y polimorfismos

Permite el estudio de un gran sinnúmero de de polimorfismos (elemento o sistema que puede tener diferentes formas) y detección de mutaciones en secuencias genéticas complejas correlacionándolas con enfermedades específicas e infecciosas.

Diagnóstico molecular y/o clínico

Detección de microorganismos mediante la identificación de marcadores genéticos patógenos y sus mecanismos proteínicos asociados, al igual que se emplean para el diagnóstico de diferentes tipos de tumores a través de sus patrones moleculares. También se emplean los biochips para comprender la resistencia de los microorganismos ante los antibióticos e identificar dianas genéticas con valor terapéutico, estudiar su biología interna, identificación de cepas y desarrollo de medidas preventivas frente a lasenfermedades infecciosas.

Screening y toxicología de fármacos (farmacogenómica)

Análisis en los cambios de las expresiones génicas presentes durante la administración de un fármaco y efectos toxicológicos asociados, al igual que la localización de nuevas dianas terapéuticas.

Nanosensores

Se emplean en nanomedicina, neogenética y nanobiotecnología, como sistemas de detección y rastreo de trazas o fragmentos genéticos con fines terapéuticos, militares e industriales in vivo e in vitro (por ejemplo, para mejorar el procesamiento de productos químicos y alimenticios).

Memorias de computadora basadas en bacteriorodopsina

Moléculas de bacteriorodopsina para aplicaciones de computación de ADN y biochips de proteínas (empleados para detectar microbios específicos, células enfermas o productos químicos peligrosos o terapéuticos en forma rápida y barata).

Biochips para prótesis artificiales

Se pretende crear retinas artificiales para visión robótica y visión humana, interponer células nerviosas con semiconductores para crear miembros electromecánicos que trabajen en conjunto con el sistema nervioso humano. Como se puede apreciar, las ingentes aplicaciones de los biochips van en creciente aumento, conforme la industria farmacéutica e industria en general exigen nuevas herramientas y aplicaciones para el tratamiento de múltiples enfermedades de origen molecular, genético, bacteriano o viral.

Ventajas de la utilización de los biochips

• Alto rendimiento y capacidad de procesamiento de material genético.

• Alta especificidad y sensibilidad en el momento del análisis.

• Los ensayos son fácilmente reproducibles y transportables.

• Poseen alto paralelismo a la hora de efectuar mediciones simultáneas de muestras diferentes.

• Permiten la posibilidad de almacenamiento de la información en sistemas de cómputo confiables.

• El coste de reactivos no es muy elevado.

• No se precisa de controles biológicos especiales para el manejo de residuos.

Fuentes

• http://www.monografias.com
• wikipedia
• http://www.juventudtecnica.cu
• Enciclopedia Oceano.Electrónica.Centro de documentacion e investigación pedagógica.CDIP. Municipio Guanajay