Sin contaminación cruzada: Ultrasonicador de alto rendimiento para NGS de laboratorio

Un ultrasonicador de alto rendimiento para flujos de trabajo de laboratorio debe ofrecer dos cosas a la vez: fragmentación precisa de ácidos nucleicos e integridad absoluta de la muestra. La contaminación cruzada es un problema complicado para los laboratorios de secuenciación de biología molecular. Al componer bibliotecas para secuenciación de nueva generación (NGS), cortar cromatina para CHIP-Seq o extraer ADN de muestras clínicas raras, incluso cantidades minúsculas de ácido nucleico extraño pueden arruinar el modelo.

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Importancia de este problema en los flujos de trabajo NGS

Las tecnologías de secuenciación de nueva generación han revolucionado la investigación en genómica y diagnóstico clínico. Sus rápidos avances tecnológicos y capacidades de secuenciación han revolucionado el campo, pero las tecnologías pueden funcionar fácilmente con ADN procedente de diferentes ubicaciones, y la sensibilidad de las tecnologías puede ser tanto positiva como negativa. Con las tecnologías NGS, incluso trazas de ácido nucleico pueden producir resultados falsos positivos, resultados inconclusos o incluso pruebas fallidas.

En 2025, un estudio publicado de cuatro prototocoles PCR diferentes de distintos centros en Europa publicó un estudio que afirmaba haber detectado las secuencias del virus de la hepatitis B con una cobertura del genoma entre el 48 y el 100 % en las muestras control negativas de los cuatro prototocoles. Esto no es una anomalía estadística, sino más bien un riesgo sistémico debido a la contaminación que los métodos tradicionales de preparación de muestras no pueden eliminar.

Existen múltiples formas de tener contaminación cruzada, tales como:

• ADN propagándose por el aire: La energía ultrasónica en vasos abiertos puede producir nieblas de gotas de ADN y perturbar muestras adyacentes.

• Residuos de fluido en sondas reutilizables: Los sonicadores basados en sondas requieren una conexión física, lo que dificulta la desinfección total entre pasadas.

• Manipulación de placas que causa salpicaduras: Las transferencias manuales/automatizadas pueden ser oportunidades para el traslado de muestras.

• Mantenimiento de superficies: Superficies de trabajo o componentes de instrumentos insuficientemente limpios pueden propagar contaminaciones a futuras pruebas.

Estos riesgos aumentan en lugares donde hay que procesar decenas o cientos de muestras cada día. Las consecuencias son aún más graves en entornos clínicos, donde la contaminación cruzada puede provocar un diagnóstico erróneo o exigir un cambio en las acciones prescritas por el paciente.

Limitaciones de los métodos tradicionales

Una de las técnicas más conocidas y tradicionales para la fragmentación del ADN y la alteración celular es la ultrasonicación basada en sondas. En esta técnica, se coloca una muestra en un recipiente y se sumerge la punta metálica de la sonda.

Aunque este método está teniendo mucha tracción, tiende a causar contaminación cruzada con la sonda de muestra. Durante una prueba de procesamiento de muestras, la sonda debe contactar directamente con la muestra en el recipiente. Para evitar la contaminación cruzada durante las pruebas de procesamiento, debe tratarse la contaminación cruzada asociada a la sonda. Hay muchísimas posibilidades de que se pasen por alto cosas durante el procesamiento de muestras, especialmente con muestras más viscosas o adherentes, o contaminación cruzada de muestras errantes. Debe gestionarse el procesamiento de muestras asistido por sonda. Las puntas desgastadas de la sonda pueden desprender partículas y causar contaminación cruzada de la muestra.

La ultrasonicación en baño maria presenta un conjunto diferente de problemas. Las muestras se colocan en estantes flotantes dentro de un baño maria compartido. Aunque la sonda no contacta directamente con las muestras, el agua del baño circula entre los recipientes. Cuando un tubo gotea o se agrieta durante el proceso, su contenido se filtra en la bañera. El contenido puede recircular a muestras adyacentes. Este proceso dificulta detectar la contaminación cruzada, ya que no hay transferencia física ni directa del material que se filtra.

Cómo la ultrasonicación enfocada resuelve el problema

Un ultrasonicador de alto rendimiento para flujos de trabajo de laboratorio utilizando tecnología de ultrasonido focalizado cambia el paradigma de la contaminación. El principio es simple, pero potente: existe un contacto ultrasónico proporcionado por una fuente externa, pero el contacto es a través del medio fluido y va directamente al recipiente de la muestra. La muestra se contiene en un recipiente/tubo de un solo uso completamente sellado durante el ciclo de procesamiento.

Ultrasonicador Enfocado BoFU-1600 de Longlight Technology está diseñado en torno a este paradigma de procesamiento no por contacto. El instrumento utiliza energía acústica enfocada para concentrar ondas sonoras de alta frecuencia y longitud de onda corta directamente sobre la zona de muestra. Como no hay una sonda que contacte con la muestra ni agua de baño compartida que circule entre tubos, los vectores de contaminación se eliminan antes de que puedan aparecer.

Así es como el procesamiento sin contacto ofrece resultados más limpios y fiables:

• Integridad en vaso cerrado: Las muestras permanecen en tubos de centrifugadora sellados de principio a fin. No existe una vía para que el ADN extraño entre en el vaso de reacción

• No generación de aerosoles: Como el tubo permanece sellado, la cavitación ultrasónica ocurre en un entorno cerrado. No escapan gotas aerosolizadas, asegurando que las muestras o superficies adyacentes permanezcan intactas.

•No hay transferencia relacionada con la sonda. No hay materiales de sondeo que se remantienen porque no hay sondas que limpiar o esterilizar.

Sin tocar entre pasadas, y cada muestra en un tubo separado, no se conserva material.

El Ultrasonicador Focalizado Covaris S220 también utiliza tecnología que no genera aerosoles ni que implica procesamiento por lotes de contacto para evitar contaminaciones. Las principales plataformas de automatización de flujos de trabajo NGS están integrando ultrasonicación focalizada, reduciendo los pasos de cizallamiento hasta un 80%, reduciendo el tiempo de preparación de la biblioteca NGS en un 30% y disminuyendo el riesgo de contaminación.

Respuestas pragmáticas a las necesidades de los laboratorios contemporáneos

BoFU-1600 fue desarrollado mediante tecnología que responde a las realidades de los laboratorios de genómica contemporáneos. Este sistema incluye el modo de procesamiento libre, que permite al operador establecer parámetros de procesamiento de forma independiente para cada una de las hasta dieciséis muestras, y el modo de procesamiento por lotes, que permite procesar muestras idénticas con una sola acción.

El sistema de control de temperatura de alta precisión mantenido durante la ultrasonicación de la muestra redujo considerablemente el riesgo de artefactos que se producen en los sustratos muestreados debido a factores de control térmico. Las alteraciones dramáticas causadas por el calor pueden crear la ilusión de variabilidad o incluso señales reales y, en última instancia, conducir a la confusión de las señales que buscan los investigadores. Estos artefactos pueden llevar a los investigadores a callejones sin salida costosos y que consumen mucho tiempo.

El instrumento es silencioso, no necesita aislamiento acústico y cuenta con un sistema operativo integrado para funcionar de forma autónoma sin ordenador externo. Otras características incluyen drenaje pasivo con monitorización del nivel de agua para prevenir desbordamientos. El almacenamiento de información en cualquier momento deseado ayuda en los procesos de control de calidad, auditorías y traslado de métodos entre sedes y laboratorios.

Respondiendo a las necesidades del mercado

El crecimiento anual compuesto (CAGR) de 2025 a 2031 del mercado global de ultrasonicadores enfocados en la extracción de ADN es del 5,5 por ciento. Se espera que las ventas proyectadas para el ultrasonicador focado para el mercado de corte de ADN sean de 530 y 731 millones de USD en 2025 y 2031, respectivamente. Esto indica para la industria y la comunidad que el método de preparación de muestras tradicional está desfasado y no puede satisfacer las necesidades de reproducibilidad y estandarización de la genómica. El control por contaminación es el estándar para el ultrasonicador, por lo que se espera que la necesidad de tecnología de ADN libre de reproducibilidad, precisión y proliferación de infecciones crezca a medida que proliferan la genómica, la medicina de precisión y la biología sintética.

Palabras finales

El ultrasonicador de laboratorio tiene un margen de beneficio mayor y, por tanto, beneficiará a los laboratorios de genómica, ya que ayuda a la contaminación cruzada de muestras. La ultrasonicación no centrada en contacto aborda la contaminación en su origen manteniendo las muestras selladas, eliminando la generación de aerosoles y eliminando por completo las vías de contacto físico. El BoFU-1600 de Longlight Technology ofrece esta capacidad en un instrumento compacto, silencioso y fácil de usar que se integra perfectamente en los protocolos de preparación de la biblioteca NGS, cizallamiento de cromatina, lisis microbiana y extracción de ácidos nucleicos FFPE.

Cuando se elimina la contaminación de la ecuación, los resultados experimentales se convierten en lo que siempre deberían haber sido: reflejos precisos de la biología que estudias, no artefactos de tu método de preparación de muestras.

Preguntas más frecuentes

P: ¿De qué manera un ultrasonicador de alto rendimiento para laboratorio puede prevenir la contaminación cruzada?

R: Se utiliza ecografía enfocada sin contacto. Se utilizan tubos sellados de un solo uso para las muestras, lo que elimina el contacto con la sonda, evita el uso de aerosoles y el agua de baño compartida.

P: ¿Se puede usar el BoFU-1600 con los kits de preparación de la biblioteca NGS que ya están en el mercado?

R: Absolutamente. Puede producir fragmentos de ADN en el rango de aproximadamente 150 pb a 5 kb.

P: Para usar el BoFU-1600, ¿necesito usar un ordenador externo?

R: Definitivamente no. Este dispositivo tiene un ordenador incorporado y te da más espacio libre en la mesa y tiene un uso más directo.

P: ¿Es posible hacer la misma prueba con diferentes tipos de muestra?

R: Absolutamente. El modo de procesamiento libre permite procesar de 1 a 16 muestras con diferentes parámetros de ultrasonido para cada muestra, y también es flexible para distintos tipos de muestra.

P: ¿Cuál es el proceso de regular la temperatura del sonicador?

R: Existe un subsistema de sensores de temperatura muy sensibles.