ES2870564T3 - Aparato y método de prueba de ácido nucleico - Google Patents

Abstract

Aparato para analizar ácido nucleico y que comprende: un cartucho (1) que presenta una multiplicidad de cámaras de reacción (6) con respectivos sensores (7), estando configurados o pudiendo configurarse los sensores (7) para detectar amplificación, secuenciación e hibridación en las cámaras de reacción (6); un sistema de transporte de fluido (5) para controlar el flujo de fluidos, incluyendo fluidos que contienen dicho ácido nucleico o fragmentos de dicho ácido nucleico, hacia las cámaras de reacción (6) con el fin de facilitar un flujo de trabajo multimodal que comprende la amplificación, secuenciación e hibridación del ácido nucleico y/o fragmentos de este, siendo dicha hibridación a una sonda de hibridación; y un controlador (4) acoplado a dichos sensores (7) y a dicho sistema de transporte de fluido (5) para obtener resultados de detección y para controlar dicho sistema de transporte de fluido (5) para dirigir dinámicamente el flujo de trabajo para el análisis, caracterizado por que el aparato está configurado para detener cualquier reacción adicional que se produzca en caso de que no haya amplificación y para desactivar el modo de secuenciación aguas abajo para las cámaras de reacción cuando haya algún fallo en la detección de la hibridación.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y método de prueba de ácido nucleico

Campo técnico

[0001] La presente invención se refiere a un sistema, instrumento y método para el procesamiento de ácido nucleico. La invención facilita el control y el funcionamiento del flujo de trabajo y los componentes del instrumento/sistema. El procesamiento puede implicar, a modo de ejemplo, la secuenciación de ADN/ARN y/o la realización de un inmunoensayo. Antecedentes

[0002] Ha habido avances significativos en el desarrollo de ensayos biológicos. Tales ensayos incluyen inmunoensayos, secuenciación de ADN, química analítica y culombimetría. Algunos de los ensayos se han desarrollado como instrumentos para diagnóstico. Muchos de estos ensayos son bastante complejos y requieren conocimiento especializado para su funcionamiento e interpretación.

[0003] En el campo de la genética existen aplicaciones para la secuenciación del genoma completo, secuenciación de novo, análisis de la expresión génica y detección de polimorfismos de un solo nucleótido (SNP, por sus siglas en inglés). Cada una de estas pruebas presenta distintos niveles de información y complejidad de análisis. En ciertos casos, será necesaria más de una de estas pruebas, y la decisión sobre cómo proceder dependerá del clínico.

[0004] La mayoría de flujos de trabajo de las pruebas presentan tres aspectos principales: preparación de la muestra, detección e interpretación de los resultados. La secuenciación mediante técnica de síntesis para genética es un ejemplo de un proceso complejo que presenta muchas etapas para cada uno de estos aspectos.

[0005] La fase de preparación puede comenzar con la extracción de ácido nucleico plantilla de la muestra proporcionada, seguida de la purificación, la fragmentación del ácido nucleico en longitudes con las que se pueda trabajar, la amplificación clónica de los fragmentos plantilla, la hibridación/ligación a un cebador/sonda, y la ligación/inmovilización a una superficie o microesfera. La propia etapa de secuenciación mediante síntesis requiere el flujo de distintos tipos de nucleótidos (dNTPs) a través de las colonias plantilla, donde los nucleótidos se llegan a incorporar en el ácido nucleico plantilla.

[0006] La fase de detección puede emplear diversas tecnologías, tales como electroforesis, luminiscencia química y cámaras ópticas, medición de cambios en la impedancia/capacitancia de los electrodos, medición de cambios en la carga intrínseca de ADN inmovilizado, o monitorización de la concentración de protones con un transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET).

[0007] La fase de interpretación es el análisis y la extracción de información de los resultados de la detección. Por ejemplo, esto puede incluir: determinar la secuencia de incorporaciones de nucleótidos detectada en cada fragmento; determinar su alineamiento/reensamblaje para formar el genoma completo; o su comparación con secuencias conocidas. Los resultados pueden guiar el tratamiento o la sugerencia de productos complementarios, aunque el resultado final puede tardar días desde la recogida de la muestra inicial.

[0008] De entre los procesos de detección identificados arriba, uno de los más interesantes implica el uso transistores de efecto de campo sensible a iones (ISFET) y otros FET químicos (transistores de efecto de campo químico (ChemFET). El uso de ISFET para secuenciar ADN y fragmentos de ADN (así como ARN y fragmentos de ARN) se describe, por ejemplo, en el documento WO03/073088. Este trabajo ha demostrado que la incorporación de nucleótidos (A, T, C, G) durante la ampliación de una cadena de ADN se puede controlar mediante el uso de un ISFET para medir la variación en la concentración iónica como un subproducto de la reacción. Cuando un nucleótido amplía una cadena de ADN, libera pirofosfato, que se hidroliza y genera iones H+, reduciendo el pH. De manera similar, se puede utilizar un ISFET para detectar la hibridación a través de la cual una sonda de hibridación se adhiere a una secuencia compatible en una cadena de ADN.

[0009] En el documento US2009/0026082 se describe una ampliación de este enfoque utilizando matrices de FET a escala muy grande, y contempla análisis paralelos masivos. Al analizar un gran número de fragmentos de ADN en paralelo, y alineando después e «hilvanando» los resultados, se pueden secuenciar secciones largas de ADN en un período de tiempo relativamente corto.

[0010] En el caso de un ensayo basado en ISFET, el chip ISFET se diseñará y fabricará para realizar uno o un conjunto de ensayos predefinidos. Por ejemplo, el chip ISFET estará configurado para detectar la presencia de un conjunto de SNP en una secuencia de ADN. La muestra se prepara primero en la mesa de laboratorio. Esto puede implicar el enriquecimiento de la muestra para eliminar material distinto de las células, la lisis de las células enriquecidas para liberar el a Dn , y la realización de amplificación en una o varias secuencias de ADN. Durante este proceso, o después de este, las secuencias de ADN amplificado se adhieren a microesferas. Estas microesferas se introducen entonces en el chip. Esto puede implicar el depósito de las microesferas en pocillos formados encima de los ISFET individuales, p. ej., utilizando microesferas magnéticas para introducir una microesfera en cada pocillo. A continuación, el chip puede insertarse en un instrumento en el que se llevará a cabo la secuenciación. El instrumento produce el flujo de distintos nucleótidos (A, T, C, G) cíclicamente a través del chip, con una etapa de lavado entre cada flujo de nucleótidos. Se detectan señales eléctricas que representan ampliaciones de la cadena. El resultado que proporciona el instrumento es una secuencia de ampliación de la cadena para cada ISFET. Posteriormente, estos datos se analizan, por ejemplo, utilizando un PC de sobremesa conectado al analizador, para ponderar los resultados conforme a su prevalencia. Las secuencias que presenten una alta prevalencia se registrarán como secuencias válidas, mientras que las secuencias con una prevalencia relativamente baja se registrarán como provocadas por el ruido. A continuación, las secuencias válidas se pueden utilizar para determinar la presencia o la ausencia de uno o varios SNP en la muestra analizada. Naturalmente, existen otros flujos de trabajo y rutinas de análisis posibles.

[0011] Además de estos procesos de ensayo vinculados fundamentalmente al laboratorio, se han desarrollado procedimientos y sistemas de ensayo en los puntos de atención. Por ejemplo, DNA Electronics (Londres, Reino Unido) ha desarrollado un kit de análisis genético que permite llevar a cabo procesos tales como los descritos anteriormente por parte de personas no cualificadas en un punto de atención o punto de venta. En muchos casos, los análisis que utilizan un ensayo basado en ISFET solo formarán una parte en un flujo de trabajo que será continuado por un técnico cualificado. En función del resultado del ensayo basado en ISFET, puede ser necesario tomar decisiones sobre análisis posteriores, y será necesario llevar a cabo estas pruebas, por ejemplo, utilizando ensayos adicionales basados en ISFET.

[0012] Los documentos WO2011/034790 y US2012/0109531 presentan ejemplos de esquemas e instrumentos de ensayos biológicos y fisiológicos que ofrecen un grado de automatización y flexibilidad. No obstante, no pueden aplicarse directamente a la manipulación de ácidos nucleicos.

[0013] El documento WO2014/013263 da a conocer un método y un aparato que combina amplificación y secuenciación, proporcionando así un dispositivo integrado que consigue un flujo de trabajo a alta velocidad y un menor tiempo hasta el resultado. El documento no describe que la amplificación se detiene cuando no se detecta amplificación.

Sumario de la invención

[0014] Los inventores han concebido un sistema capaz de ejecutar ensayos de forma flexible en una muestra de ácido nucleico. En función del programa ejecutado, se pueden llevar a cabo distintas funciones. Estas pueden basarse en los datos retroalimentados para optimizar los resultados del instrumento. De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato que comprende:

un cartucho que presenta una multiplicidad de cámaras de reacción con respectivos sensores, estando configurados o pudiendo configurarse los sensores para detectar amplificación, secuenciación e hibridación en las cámaras de reacción;

un sistema de transporte de fluido para controlar el flujo de fluidos, incluyendo fluidos que contienen dicho ácido nucleico o fragmentos de dicho ácido nucleico, hacia las cámaras de reacción con el fin de facilitar un flujo de trabajo multimodal que comprende la amplificación, secuenciación e hibridación del ácido nucleico y/o fragmentos de este, siendo dicha hibridación a una sonda de hibridación; y

un controlador acoplado a dichos sensores y a dicho sistema de transporte de fluido para obtener resultados de detección que incluyen resultados de secuencias de reacción intermedias y para controlar dicho sistema de transporte de fluido para dirigir de forma dinámica el flujo de trabajo para el análisis.

[0015] El aparato está configurado para detener cualquier reacción adicional que se produzca en casos en los que no haya amplificación y para desactivar el modo de secuenciación aguas abajo para las cámaras de reacción cuando se produzca un fallo en la detección de la hibridación.

[0016] De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método de análisis de ácido nucleico según lo definido en la reivindicación 11.

[0017] Otras características preferidas de la invención se exponen en las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de las figuras

[0018]

La figura 1 ilustra un ejemplo de flujo de trabajo que se lleva a cabo utilizando un sistema que comprende una matriz de elementos de ensayo;

la figura 2 representa un módulo de un chip a base de ISFET adecuado para su uso en la implementación del flujo de trabajo de la figura 1;

la figura 3 representa esquemáticamente diversas operaciones biológicas que pueden formar parte del flujo de trabajo de la figura 1;

la figura 4 representa esquemáticamente un instrumento para implementar un flujo de trabajo tal como el que se representa en la figura 1;

la figura 5 es un diagrama de bloques de elementos conceptuales del instrumento de la figura 4;

la figura 6 representa esquemáticamente componentes de hardware y software para implementar un sistema operativo;

la figura 7 representa esquemáticamente componentes de un sistema operativo «biológico» y una capa de aplicación para implementar flujos de trabajo biológicos;

la figura 8 es un diagrama de flujo que representa un proceso para analizar ácido nucleico o fragmentos de este; y la figura 9 representa esquemáticamente un cartucho adecuado para implementar el método de la figura 7.

Descripción

[0019] Se proponen un sistema y proceso, a modo de ejemplo, que permiten configurar una matriz integrada de elementos de ensayo (o «celdas») para llevar a cabo diversos ensayos e incluso reconfigurarla durante la ejecución de un ensayo en función de los resultados intermedios. Dicho de otro modo, se introducen puntos de decisión intermedios en el flujo de trabajo anterior al ensayo, y las decisiones adoptadas en cada uno de los puntos de decisión determinan cómo continúa el flujo de trabajo desde ese punto, configurándose los elementos de ensayo en consecuencia. Dicha configuración puede implicar el control del flujo de fluidos hacia los elementos de ensayo; por ejemplo, para introducir cebadores y sondas de hibridación apropiados y/o para activar sondas de hibridación o cebadores ya depositados.

[0020] En un sistema típico, un chip comprende una matriz integrada de elementos de ensayo; por ejemplo, ISFET con distintos grupos de elementos de ensayo dispuestos para realizar diferentes tareas. Por ejemplo, se puede disponer un primer grupo de ISFET para realizar la hibridación con el fin de medir la similitud entre una secuencia del ADN que se está analizando y una sonda de hibridación limitada a la zona de la prueba. Se pueden disponer otros grupos de ISFET para realizar la secuenciación en las respectivas secciones distintas del ADN bajo análisis. Un punto de decisión incorporado en el flujo de trabajo toma una decisión sobre qué sección de ADN secuenciar en función del resultado del proceso de genotipado.

[0021] En una situación que sirve como ejemplo, un paciente ingresado en un hospital muestra síntomas que podrían indicar traumatismo, infarto, infección local o sepsis. El doctor debe determinar cuál de estos es cierto y administrar el tratamiento apropiado. En referencia a la figura 1, el eje horizontal representa un ejemplo de línea temporal para el flujo de trabajo resultante en una muestra concreta. Se introduce una muestra de sangre en un puerto de introducción de muestra del instrumento de la prueba que incorpora un chip de matriz a base de ISFET. El instrumento puede comprender bombas y válvulas, junto con canales de flujo de microfluidos y compuertas de fluidos, para dirigir la muestra recibida a las partes adecuadas del chip.

[0022] Como primera fase del flujo de trabajo, el diagnóstico se realiza entre afecciones tales como sepsis, infección local, traumatismo o infarto agudo de miocardio. En este ejemplo, el resultado es un diagnóstico de sepsis.

[0023] Ahora es deseable identificar la familia del patógeno (identificar la especie de sepsis y los genes de resistencia) que causa la infección. Esto se lleva a cabo aplicando el ADN extraído a un conjunto de diez paneles de PCR. Estos se seleccionan como resultado del diagnóstico de sepsis. En algunas formas de realización, todos los módulos disponibles están integrados en un único chip, mientras que, en otras, se proporcionan módulos en distintos chips. En cualquier caso, cada uno de los diez paneles de PCR del módulo seleccionado está configurado para realizar PCR en una secuencia específica de ADN distinta correspondiente a una familia diferente de patógenos. Cada panel de PCR puede comprender uno o varios pocillos, situados cada uno por encima de un sensor ISFET. Un cebador de amplificación se puede inmovilizar en la base de cada pocillo o en solución, con distintos cebadores de amplificación para cada panel. El sistema de control de fluidos se hace funcionar para provocar que un fluido que contiene los cuatro nucleótidos (A, T, C, G) fluya a través de cada uno de los paneles. Se incorpora un elemento de detección de calentamiento y temperatura en el sistema para permitir que se lleve a cabo la amplificación de PCR. En el ejemplo representado, se proporciona un resultado positivo en el panel 3 (es decir, se generan amplicones, por encima de cierto nivel de umbral, solo en el panel 3), identificando así la familia de patógenos. En una disposición alternativa, en lugar de estar inmovilizados dentro de los pocillos, los cebadores de amplificación se pueden introducir en los paneles a través del sistema de control de fluidos, p. ej., junto con los nucleótidos.

[0024] En una configuración alternativa, en lugar de presentar una pluralidad de módulos disponibles para realizar distintos conjuntos de ensayos de PCR y seleccionar uno de ellos en función del diagnóstico de triaje, se puede proporcionar un módulo genérico con un conjunto de paneles que están «programados» haciendo fluir cebadores de amplificación específicos a través de los mismos, derivando en la inmovilización de los cebadores deseados dentro de los paneles (o, más bien, dentro de los pocillos de los paneles).

[0025] La tercera fase del flujo de trabajo consiste en identificar la especie concreta de patógeno de dentro de la familia identificada. En esta forma de realización, se hace uso de un conjunto de pruebas de hibridación realizadas por seis módulos distintos, aunque podría implementarse alternativamente mediante la detección de amplificación o secuenciación, y puede omitirse la fase de hibridación. Cada módulo comprende uno o más pocillos, situándose cada pocillo por encima de un ISFET. Se inmoviliza una sonda de hibridación en la base de cada pocillo, con distintas sondas para distintos módulos. La muestra, tras la preparación, se transporta a los módulos mediante el funcionamiento adecuado del sistema de control de fluidos. Se incorpora un elemento de detección de calentamiento y temperatura en el sistema para permitir que se lleven a cabo repetidamente ciclos de hibridación. En este ejemplo, solo se genera un resultado positivo mediante la prueba de la Especie 2. En una configuración alternativa, las sondas de hibridación se pueden transportar hacia los módulos utilizando el sistema de control de fluidos.

[0026] Como sucede con los módulos de PCR, los módulos de hibridación se pueden seleccionar de entre un gran número de módulos disponibles, o se pueden obtener programando un conjunto de módulos genéricos para inmovilizar cebadores de hibridación apropiados en pocillos adecuados, o se pueden preprogramar.

[0027] Considerando además la segunda fase (amplificación/PCR) y la tercera fase (hibridación), según lo descrito, estas pueden ser ejecutadas por módulos separados de amplificación e hibridación. No obstante, un enfoque alternativo consiste en realizar estas fases en los mismos módulos. Esto se podría conseguir, por ejemplo, realizando y detectando la amplificación dentro de un determinado módulo y activando o utilizando después cebadores de hibridación ya inmovilizados dentro del módulo para permitir que se lleve a cabo y se detecte la hibridación. El proceso de activación puede implicar el calentamiento y la eliminación de una capa de cera dentro de los pocillos del módulo para exponer los cebadores de hibridación subyacentes, o la hibridación se puede activar ajustando la temperatura para facilitar la hibridación, o la hibridación se puede producir durante la fase de amplificación.

[0028] La cuarta y última fase del flujo de trabajo es opcionalmente la secuenciación de la(s) sección(es) relevante(s) del ADN, volviendo a utilizar un módulo apropiado del chip. En primer lugar, la secuenciación requiere que el/los segmento(s) de ADN que se vaya(n) a secuenciar haya(n) sido amplificado(s). La amplificación se puede realizar en una precámara en comunicación fluida con las cámaras de secuenciación, p. ej., utilizando PCR. Alternativamente, la amplificación se puede llevar a cabo en las propias cámaras de secuenciación. La amplificación continúa según se ha descrito anteriormente con respecto a la segunda fase del flujo de trabajo. Las cámaras de secuenciación contienen uno o varios pocillos, sobre respectivos ISFET, habiendo un cebador de secuenciación inmovilizado en la base de los pocillos. De nuevo, se hace funcionar el sistema de control de fluidos para provocar que la muestra de sangre preparada fluya hacia el módulo. A continuación, se hace fluir nucleótidos (A, T, C, G) a través del módulo de forma secuencial. La secuenciación de distintos fragmentos del ADN se puede realizar en paralelo, alineándose e hilvanándose los datos resultantes.

[0029] En algunas formas de realización, la secuenciación se puede realizar dentro de los mismos módulos que se utilizan para llevar a cabo la fase 2 de amplificación y la fase 3 de hibridación.

[0030] A continuación, la(s) secuencia(s) detectada(s) se puede(n) añadir a una base de datos y comparar con patógenos conocidos para determinar si el patógeno es conocido o desconocido. Al terminar, se puede dar una recomendación para el tratamiento, que podría incluir el uso de un fármaco con una relación farmacogenética. Puede haber una opción disponible para realizar pruebas de genotipado para el fármaco a medida.

[0031] La identificación de la muestra en cada fase deriva en otro ensayo que presenta una pluralidad posibles identidades adicionales, y así sucesivamente. Después de cada fase en el flujo de trabajo, se toman decisiones de flujo de trabajo posteriores. También se pueden utilizar los resultados intermedios para informar sobre decisiones de tratamiento. Por ejemplo, si el resultado de la primera fase indica sepsis, puede comenzar el tratamiento preliminar para esta. En ensayo de la segunda fase indica qué forma de sepsis se presenta (viral, bacteriana, fúngica, etc.). Si la segunda fase identifica una presencia bacteriana, se puede recomendar un tratamiento con un antibiótico de amplio espectro. Conforme progresa el flujo de trabajo, se pueden tomar otras decisiones de tratamiento intermedias.

[0032] Asimismo, se podrá apreciar que, durante una etapa concreta del ensayo, se pueden tomar decisiones sobre el ensayo. Por ejemplo, durante la secuenciación de un ácido nucleico en la cuarta fase, cada identificación de base se puede utilizar para determinar si continuar secuenciando para identificaciones adicionales, detener la secuenciación, o hacer fluir un orden concreto de nucleótidos.

[0033] En el caso de los módulos que llevan a cabo la amplificación, al monitorizar todos los volúmenes de reacción es posible desactivar o ignorar cualquier proceso aguas abajo para cualquier cámara que no muestre ninguna amplificación. Para esas cámaras que no muestran amplificación, se necesita una decisión sobre si proceder o no a la siguiente etapa del proceso. Por ejemplo, si se identifica un gen de resistencia, este podría proporcionar suficiente información para hacer una recomendación al médico para que personalice el tratamiento específicamente para este gen de resistencia y, por lo tanto, el flujo de trabajo para esa muestra podría terminar en esta etapa. No obstante, si la amplificación resultante sigue siendo ambigua o requiere análisis adicionales, se puede tomar una decisión para continuar con la hibridación y la secuenciación. Al igual que en el modo de amplificación, el hecho de controlar estos modos permite que se tomen decisiones sobre si continuar o no, continuar para monitorizar eventos aguas abajo o no, incluyendo la detención de la prueba en su conjunto y la emisión de una recomendación para el tratamiento.

[0034] En los casos en que se diagnostique traumatismo o infarto, existe la oportunidad de examinar al paciente para obtener información de interacción farmacológica; por ejemplo, estableciendo el genotipo para fármacos tales como la warfarina o PLAVIX. En ambos casos, el genotipado se puede realizar en la muestra recogida durante el triaje (que contendrá grandes cantidades de células y ADN del paciente). El genotipado se puede determinar utilizando la primera modalidad del sistema: PCR o amplificación isotérmica y detección. No es probable que resulte necesario continuar más allá de esta etapa.

[0035] La figura 2 ilustra un módulo de un chip a base de ISFET adecuado para su uso en el proceso anteriormente descrito. Este módulo, al menos en términos de su estructura física, puede ser genérico para todos los distintos tipos de ensayo realizados por un instrumento (p. ej., como ilustra la discusión anterior en referencia a la figura 1), por ejemplo, amplificación, hibridación y secuenciación. En algunos casos, el módulo puede estar configurado para realizar dos o más de entre amplificación, secuenciación e hibridación. A la izquierda de la figura se representa una etapa de «pre-amp» que está configurada para preparar una muestra para su posterior análisis genético. Esta etapa puede, por ejemplo, aislar células en una muestra de sangre y extraer el ADN de las células. La etapa de pre-amp suministra entonces la muestra enriquecida a una cámara de reacción que comprende cinco pocillos, cada uno expuesto a sensores ISFET. La inserción en el lado derecho de la figura representa una vista transversal lateral a través de una de las filas de los sensores. Cada una de las cámaras de reacción comprende puertos de entrada y salida de fluidos, y un espacio central para contener un volumen de fluido. Los sensores ISFET se disponen en la base de los pocillos. Asimismo, el módulo puede comprender un calentador y sensor de temperatura para calentar el fluido en las cámaras.

[0036] En función de los ensayos que se vayan a realizar, se pueden inmovilizar cebadores de amplificación y secuenciación, así como sondas de hibridación, dentro de los pocillos del módulo. Como ejemplo concreto, se puede considerar el caso en el que el módulo está configurado para realizar amplificación (PCR) seguida de secuenciación. En este caso, la muestra preparada, que contiene ADN extraído y fragmentado, se puede hacer fluir hacia las cámaras del módulo junto con un cebador de amplificación y nucleótidos. La temperatura se someterá entonces a ciclos para realizar la amplificación por PCR. Se inmovilizan cebadores de secuenciación dentro de cada pocillo. A continuación, se lleva a cabo la secuenciación en los amplicones, y los resultados se leen a partir de los ISFET.

[0037] Un enfoque para conseguir flujos de trabajo multimodales consiste en asignar cada modo a un chip específico, y ensamblar los chips en un cartucho, de manera que el cartucho presente todos los modos necesarios sin tener la capacidad o el requisito de que cada chip sea capaz de alternar entre modos. Este diseño superaría los desafíos anteriormente mencionados, tales como la compatibilidad térmica y la funcionalización, pero conllevaría un diseño más complejo para el manejo y el control fluido, etc.

[0038] En un enfoque alternativo, hay disponible un catálogo de cartuchos de prueba, cada uno con funciones específicas o enfermedades concretas, y estos se pueden seleccionar en función de los resultados de etapas anteriores. La selección de las pruebas aguas abajo (cartuchos) podría ser un proceso automatizado o uno que implica una intervención del usuario (conectar dos cartuchos entre sí, por ejemplo). Algunos ejemplos, utilizando todos ellos el punto de partida de un sistema de triaje con enriquecimiento de muestra, son los siguientes:

Traumatismo: En el diagnóstico de traumatismo, la prueba apropiada aguas abajo puede consistir en medir el perfil farmacogenómico del paciente para obtener información de interacción farmacológica. El cartucho de triaje, utilizado para hacer el diagnóstico de traumatismo, se convierte efectivamente en el módulo de preparación de la muestra y puede conectarse/encajarse en el cartucho de traumatismo apropiado para las posteriores reacciones de genotipado que se van a ejecutar.

Sepsis: la prueba apropiada aguas abajo puede consistir en identificar la especie o cepa específica, y también identificar cualquier gen de resistencia que exista en el individuo. La muestra enriquecida del componente de triaje puede conectarse en el cartucho de sepsis y posteriormente realizarse el análisis aguas abajo. Existe la posibilidad de que el tratamiento prescrito tenga un factor genético que se deba considerar, y existe la opción de genotipar al individuo. De nuevo, la muestra de triaje podría utilizarse para ejecutar pruebas de genotipado (o estas podrían ser pruebas rápidas independientes).

Infección local: la prueba apropiada se determinaría utilizando otra información proporcionada, incluyendo observaciones del médico, para seleccionar el panel de pruebas adecuado. Debido a que el sitio de infección y/o la causa del agravio influirán en las pruebas que se realizarán, resulta razonable imaginar una serie de cartuchos distintos disponibles (a diferencia de cuando se presenta un cartucho para cubrir todas las potenciales infecciones en un entorno hospitalario). Para optimizar el sistema, podría existir la necesidad de conectar el cartucho de prueba relevante, que vendrá influido por varios factores y datos.

[0039] Considerando ahora la figura 3, esta representa un ejemplo de proceso para analizar una muestra de ADN. Se asume que se ha asignado funcionalidad a un chip depositando cebadores específicos en pocillos/regiones conocidas dentro del chip. Puesto que a priori se conoce lo que se ha depositado y dónde, se puede determinar lo que se ha amplificado en función de las secuencias utilizadas para los cebadores. En este ejemplo, los cebadores utilizados en el modo de amplificación inicial se modifican con la correspondiente secuencia de la muestra y, en última instancia, se utilizan para generar el producto que se va a secuenciar posteriormente en el flujo de trabajo.

[0040] Se introduce una muestra en la cámara de reacción, se produce la amplificación (con detección en tiempo real) y los cebadores impresos se modifican para reflejar la secuencia diana. Tras haber completado el modo de amplificación, los cebadores en fase de solución se expulsan y se sustituyen por cebadores de secuenciación. Al poder detectar el evento de hibridación puede proporcionar información adicional sobre la secuencia. A continuación, la secuenciación puede continuar haciendo fluir uno o más nucleótidos a través de la cámara de reacción.

[0041] Este sistema requerirá un sistema de manejo y control de fluidos menos sofisticado en comparación con otros métodos, pero puede precisar accionamientos mecánicos adicionales para permitir que se sucedan distintos modos.

[0042] En principio, el sistema posee la capacidad de ejecutar el modo de amplificación, detectar cualquier amplificación que se produzca, y puede decidir si proceder o no a la siguiente etapa. En los casos en los que no haya amplificación, el sistema puede determinar no monitorizar ninguna reacción aguas abajo, o detener cualquier reacción adicional que se produzca. Al igual que para los modos posteriores, el hecho de no detectar hibridación puede desactivar el modo de secuenciación aguas abajo, mientras que la detección de hibridación puede permitir que se tome una decisión sobre si continuar o no.

[0043] Un instrumento que comprende o para su uso con los chips/módulos anteriormente descritos comprende un sistema operativo para interactuar con los componentes del instrumento, y está dispuesto para recibir datos para configurar o reconfigurar el instrumento. En ciertas formas de realización, el instrumento está configurado para recibir datos en tiempo real que representan datos biológicos sobre la muestra, y el sistema operativo puede reconfigurar el flujo de trabajo de una prueba en la muestra o reprogramar componentes del instrumento. En este sentido, existe una retroalimentación de los datos de la prueba al instrumento para hacer funcionar el instrumento de manera óptima. En algunas formas de realización, el instrumento está configurado para recibir datos de una fuente externa o de una aplicación ejecutada en el sistema operativo, y el sistema operativo puede configurar el instrumento para ejecutar pruebas biológicas de manera personalizada.

[0044] La figura 4 ilustra, a un nivel muy alto, un instrumento que incluye un chip como se ha descrito anteriormente, incluyendo tanto un sistema operativo como una capa de aplicación (que comprende una o más aplicaciones). El instrumento recibe entradas, que pueden ser entradas automáticas o manuales, desde diversas fuentes. La figura sugiere tres fuentes: Una a aplicación de base de datos médica, normas del hospital y entradas generadas por el médico clínico. El instrumento proporciona como salida un diagnóstico y/o un régimen de tratamiento recomendado.

[0045] Los componentes físicos de un instrumento biológico dependerán del tipo de ensayo y de la tecnología empleada. La figura 5 es un diagrama de bloques de elementos conceptuales de un instrumento de acuerdo con una forma de realización preferida.

• Un dispositivo de preparación de la muestra;

• Un cartucho comprende los medios para combinar la muestra con reactivos para que una reacción bioquímica genere complejos que serán detectados;

• Una red de microfluidos garantiza que la muestra y los reactivos se dirigen de componente a componente de manera controlada;

• Los reactivos se almacenan dentro del instrumento conectado a tubos y bombas, donde hay válvulas y solenoides que controlan el flujo de los reactivos;

• Un sensor o matriz de sensores próxima o integrada en el cartucho detecta señales o propiedades del complejo. • Un circuito de interfaz se acopla al/a los sensor(es) para leer las señales eléctricas de los sensores

• Un panel de control comprende

• Un procesador de señales

• Un controlador/CPU

• Una memoria

• Un sistema operativo (OS)

• Una capa de aplicación

[0046] Aunque se pueden utilizar algunas formas de realización del OS con un ensayo moderadamente complejo, como un ELISA, algunas formas de realización se utilizan con instrumentos complejos con flujos de trabajo más largos y flexibles y que proporcionan mayor profundidad de datos. Los ensayos e instrumentos complejos, tales como los secuenciadores genéticos, proporcionan un gran flujo de datos que se puede retroalimentar al OS y ofrecer una serie de puntos de decisión para cambiar el flujo de trabajo o para seleccionar distintos ensayos.

[0047] En un ejemplo de instrumento:

• el ensayo es secuenciación de ADN;

• el cartucho de sensor es un chip semiconductor que presenta una matriz masiva de ISFET;

• la preparación de la muestra comprende PCR en emulsión sobre la plantilla y unión a microesferas separadas proporcionadas en los pocillos próximos a los ISFET;

• los reactivos dATP, dTTP, dCTP, dGTP y el lavado se proporcionan mediante una bomba a los pocillos;

• la señal ISFET se lee una fila por vez a una matriz multiplexada de convertidores de señal analógica a digital (ADC);

• el procesador de señales filtra y determina los eventos de incorporación de nucleótidos, que se almacenan en una memoria masiva.

[0048] El sistema operativo controla estos componentes y el flujo de trabajo.

[0049] Las formas de realización preferidas del instrumento pueden estar diseñadas para aceptar una muestra biológica concreta de un paciente, tal como: sangre, saliva, heces, moco, etc.

[0050] El sistema operativo proporciona una interfaz entre el hardware del instrumento y una capa de aplicación que contiene un conjunto de instrucciones para hacer funcionar el instrumento. El OS puede considerarse similar a una combinación del BIOS (Sistema básico de entrada y salida) y el sistema operativo convencional de un ordenador personal. El OS tiene acceso a los componentes del instrumento y los controla para poder activarlos/desactivarlos o ajustar propiedades de los mismos. El OS define cómo afectan las instrucciones al instrumento, y es responsable de trasladar las instrucciones de alto nivel al control de bajo nivel de los componentes. El OS también puede estar diseñado para salvaguardar el instrumento, por ejemplo, garantizando que el orden de instrucciones es lógico o que los parámetros solicitados están dentro de los límites de diseño.

[0051] El OS comprende aspectos de hardware y software. El hardware puede comprender un panel de control con un procesador, una memoria, un bus de datos y drivers de los componentes. El panel de control puede estar conectado eléctricamente a otros elementos de hardware del instrumento, tales como un chip de detección, o puede compartir el panel con dichos elementos de hardware adicionales. El aspecto de software se codifica en memoria no volátil, preferiblemente en el panel de control, y determina el funcionamiento del hardware del OS. A pesar de que se pueden diseñar varios sistemas de OS utilizando una estructura conocida para recibir y procesar señales e instrucciones para controlar los instrumentos, en la figura 6 se representa un ejemplo de forma de realización que se describe a continuación.

[0052] Una memoria no volátil programada con el código del OS forma el firmware 30 del OS. Cuando la CPU 31 lee este código, el panel de control puede hacer funcionar el instrumento. Puede haber una o más aplicaciones almacenadas en una memoria 32 para proporcionar instrucciones de máquina para controlar el instrumento de manera personalizada. La CPU lee código de la memoria de la aplicación 32, que es interpretado por el OS para generar instrucciones para controlar el instrumento. La CPU recibe datos de fuentes externas en el bus de datos 36. Los datos pueden ser datos del sensor sobre la muestra biológica, datos sobre el hardware del instrumento y datos de retroalimentación de control. Los datos pueden ser datos digitales o datos analógicos, en cuyo caso el chip de control comprenderá también convertidores de señales analógicas a digitales (ADC). Los datos se pueden almacenar en una memoria de datos 33. El procesador 38 está acoplado a una pluralidad de drivers o controladores 34 que proporcionan señales para hacer funcionar los componentes. Por ejemplo, los controladores pueden abrir o cerrar una válvula del reactivo (control digital) o controlar la temperatura de un calentador (control analógico o de modulación por ancho de pulsos, PWM). El panel de control también puede comprender un transceptor y un puerto de datos para su comunicación con dispositivos externos.

[0053] En términos informáticos, el OS puede incluir bibliotecas de enlace dinámico (DLL) que proporcionan bloques de código que se pueden llamar desde las aplicaciones. Son un recurso compartido y reutilizable. La ventaja de las DLL es que proporcionan código de uso común, guardan la reprogramación de cada aplicación y garantizan que ciertas funcionalidades sean robustas. Por ejemplo, en un instrumento genético, una DLL puede implementar la p Cr de una muestra en un cartucho. En pseudocódigo, la aplicación simplemente podría ordenar:

PCR (número_ciclos)

[0054] Que implementa el OS con un conjunto de códigos que encienden los calentadores para ajustar la temperatura del cartucho a una temperatura de desnaturalización, temperatura de hibridación y temperatura de extensión con retrasos adecuados entre etapas y repeticiones de este ciclo en función del parámetro «número_ciclos». La aplicación se salva de reescribir este código, y las temperaturas no superarán los límites de diseño.

[0055] Al igual que el panel de control de la figura 6, se puede fabricar un único chip semiconductor grande integrado que incorpora memoria, procesador, controladores y conexiones de entrada/salida de datos.

[0056] Alternativamente, el instrumento puede presentar un puerto de datos acoplado a los componentes del instrumento y dispuesto para recibir señales de control y para enviar datos a través del puerto de datos a un ordenador remoto. El ordenador remoto comprendería un procesador y OS y estaría configurado para recibir datos del instrumento, ejecutar aplicaciones y enviar señales de controles al instrumento. En este contexto, el sistema del instrumento comprendería los componentes del instrumento y el ordenador remoto.

[0057] Conceptualmente, las instrucciones pueden proporcionarse al OS mediante una capa de aplicación separada o conservarse en una parte de memoria del chip de control. No se pretende que la invención quede limitada por la estructura que proporciona las instrucciones al OS.

[0058] El enfoque presentado aquí considera distintos niveles en los que puede estar configurado y/o reconfigurado el sistema entre la acción de un usuario que solicita una prueba y la generación de resultados de la prueba. En función de la prueba requerida y de los datos recibidos, el sistema operativo puede aplicar cambios en el flujo de trabajo o en el funcionamiento de los componentes de hardware. Por lo tanto, el instrumento es capaz de optimizar cada prueba y puede concebirse que no puedan ejecutarse dos pruebas a la vez.

[0059] Si un único instrumento se denomina sistema, entonces un grupo de instrumentos o un instrumento y el hardware periférico se puede denominar supersistema. Los componentes del instrumento se pueden denominar subsistemas. Ejemplos de hardware periférico incluyen dispositivos de preparación de la muestra, ordenadores bioinformáticos, etc. Entre los ejemplos de componentes del instrumento se incluyen unidades de distribución de reactivos, sensores, cartuchos, etc.

[0060] A nivel de supersistema, hay una combinación de instrumentos y/o dispositivos periféricos que se pueden conectar de tal manera que se pueda disponer la muestra para que fluya a una pluralidad de los instrumentos o dispositivos periféricos para su procesamiento. Por ejemplo, el OS puede recibir datos sobre el mismo tipo de muestra (sangre, saliva, etc.) y elegir un dispositivo de preparación de muestra y unas condiciones de ejecución concretas. En otro ejemplo, el OS puede decidir si analizar una muestra en múltiples instrumentos en paralelo para obtener un resultado más rápido y más completo.

[0061] A nivel de sistema, el OS puede introducir un modo de análisis o seleccionar un tipo concreto de cartucho de prueba (seleccionar un chip de sepsis/oncochip, que conduce al análisis de fase I o fase II).

[0062] A nivel de subsistema, los circuitos en el chip pueden estar configurados para activar o desactivar los sensores, calentadores, filtros de ruido y elementos de adquisición de datos.

[0063] A continuación se proporcionan otros ejemplos de reconfigurabilidad.

[0064] A nivel de supersistema, el OS recibe datos de pruebas anteriores y determina que existe una infección endémica adquirida en el hospital y se encarga de que todos los instrumentos realicen un examen de todas las muestras usando ensayos de enfermedades infecciosas. El OS seleccionaría estos ensayos además del ensayo seleccionado por el usuario. El OS puede modificar el flujo de trabajo, normalmente necesitando que se determine la variante de infección para posteriores pruebas, asumiendo que todos los pacientes presentan la misma enfermedad local y deteniendo la secuenciación de ADN profunda una vez que el OS haya confirmado la presencia de la infección. A continuación, el OS podría comunicarse con un dispositivo externo para informar de la infección endémica al hospital o a los organismos de salud gubernamentales.

[0065] A nivel del chip del sensor, el procesamiento de datos se podría mejorar modificando o seleccionando distintos parámetros del circuito en función de la calidad inicial de la señal del sensor que sugiere un elevado ruido de fondo. El OS podría redirigir la señal original del sensor a través de un filtro que rechaza cierto ruido para permitir la mejora de la señal en tiempo real en lugar de tener que descartar el conjunto completo de datos más adelante.

[0066] A nivel de GSIC, el OS podría dirigir uno o varios GSIC para amplificar el ADN en su pocillo de reacción. Cada GSIC configuraría la temperatura del calentador, el voltaje del electrodo de referencia, el voltaje del sensor y aceptaría los reactivos según sea necesario para cumplir. Si el OS recibe datos del sensor que indica un pobre recuento de copias en un pocillo concreto, este podría dar instrucciones al respectivo GSIC para amplificar aún más el ADN en cada pocillo.

[0067] El control del OS de los componentes del instrumento puede producirse a nivel simple o complejo. Por ejemplo, a un alto nivel, el OS podría simplemente dar instrucciones a un componente para realizar una función o para conseguir una configuración, donde los circuitos locales asegurarían el cumplimiento. A nivel complejo, el OS podría monitorizar y controlar constantemente un componente para conseguir una función o configuración.

[0068] Para proporcionar una reconfiguración de los componentes del instrumento o del flujo de trabajo durante el análisis, el OS está dispuesto para recibir datos en tiempo real del instrumento. Los datos pueden ser datos del sensor sobre la muestra biológica. Los datos son en tiempo real en el sentido de que son generados por los sensores durante la ejecución de la prueba, y no se limitan a datos que se producen en un momento de tiempo determinado.

[0069] La CPU puede presentar puertos dedicados para captar eventos o señales importantes. Esto permite que el OS sea dirigido a eventos y tome decisiones sobre la reconfiguración del instrumento cuando se producen los eventos. Alternativamente, la CPU puede obtener datos de la memoria 33 en puntos determinados por el Os o la aplicación; por ejemplo, cuando se alcance un punto de decisión en el flujo de trabajo. Esto último es apropiado cuando hay un gran flujo de datos y el OS determina el mejor momento para tomar decisiones. Por ejemplo, con un ensayo genético, el OS puede esperar hasta que se reciba un evento que indique que la amplificación específica del gen ha terminado antes de decidir si proceder con la secuenciación. Posteriormente, el OS puede recuperar periódicamente de la memoria datos sobre las secuencias de pocillos concretos para decidir cuándo detener la secuenciación.

[0070] Se puede proporcionar una capa de aplicación para interactuar con la capa de OS. Puede haber una o más aplicaciones cargadas en una memoria para proporcionar instrucciones de máquina al OS para hacer funcionar el instrumento de un modo específico. Una aplicación es un conjunto de instrucciones de máquina legibles por un sistema operativo. La aplicación puede estar preinstalada en el instrumento o ser cargada por un usuario. El programada puede estar personalizado para que un usuario en particular (tal como un hospital) ejecute una prueba genética específica (por ejemplo, detección de una enfermedad infecciosa a partir de una muestra de sangre) de acuerdo con un flujo de trabajo específico (tal como la repetición de un proceso o el salto de otro proceso).

[0071] En formas de realización preferidas, la aplicación es responsable de configurar o reconfigurar el flujo de trabajo y el hardware del instrumento. Por ejemplo, una aplicación instalada por un hospital específico podría ordenar la secuenciación más profunda de una muestra si detecta que se ha detectado un determinado virus. El hospital podría tener una política de análisis de todas las muestras para determinar la presencia de esta cepa viral concreta que ahora es endémica en una sala para que se reconfiguren las futuras pruebas, además de la que haya solicitado el usuario.

[0072] La aplicación puede proporcionar la interfaz entre el usuario y el instrumento. Distintas aplicaciones pueden proporcionar diferentes opciones a sus usuarios, desde un único botón de inicio hasta una matriz compleja de opciones que aportan flexibilidad. El OS interpreta las instrucciones de las aplicaciones, pero mantiene la responsabilidad y el control global del instrumento. Por ejemplo, el programa puede ordenar el flujo de un reactivo, pero el OS tiene un control más directo de las bombas y las válvulas, y puede anular una petición de bombeo de un reactivo una vez se haya consumido.

[0073] En una forma de realización adicional, la aplicación se carga y se puede hacer funcionar en un ordenador externo al instrumento Este ordenador remoto puede ser un servidor, tableta, ordenador en la nube o teléfono inteligente, y puede conectarse a otros ordenadores. El instrumento puede conectarse a este ordenador remoto, preferiblemente a través de un puerto en el panel de control. Esta conexión permite que el ordenador remoto reciba datos de pruebas biológicas desde el instrumento y envíe instrucciones al OS. El ordenador remoto puede contener o ser capaz de acceder a una base de datos médicos sobre el paciente que proporciona la muestra. Esta aplicación remota puede implementar razonamiento basado en casos, heurística para la toma de decisiones médicas, o aprendizaje automático, de manera que la aplicación pueda utilizar los datos médicos para tomar decisiones inteligentes sobre cómo configurar el instrumento. Esto puede incluir dar instrucciones al OS del instrumento para que emplee un flujo de trabajo concreto, configure los ajustes de los componentes y/o ejecute un ensayo específico. La aplicación remota puede recibir datos en tiempo real desde el OS para revisar sus decisiones y reconfigurar el instrumento.

[0074] A modo de ejemplo, un doctor que usa la aplicación remota solicita una prueba para un paciente. La aplicación remota recupera el historial médico del paciente y sus resultados fisiológicos y los compara con casos médicos similares para recomendar una prueba genética para detectar la presencia de biomarcadores conocidos del cáncer. La aplicación da instrucciones al OS para que cargue un cartucho de ensayo oncológico. La aplicación puede optimizar el flujo de trabajo de secuenciación conociendo qué bases son predominantes para estos genes. Al haber recibido datos en tiempo real desde el instrumento sobre ciertos genes, la aplicación ordena que el instrumento detenga la secuenciación posterior. A continuación, la aplicación da instrucciones al instrumento para que cargue un ensayo para analizar la respuesta del paciente a ciertos tratamientos. La aplicación recibe los resultados genéticos finales, los añade a la base de datos médicos y emite una recomendación terapéutica para el doctor. La aplicación sigue construyendo correlaciones entre los resultados genéticos y la base de datos médicos para actualizar su razonamiento basado en casos, de manera que los futuros casos similares puedan ser analizados de manera más perfeccionada en el instrumento.

[0075] Para permitir que el instrumento sea particularmente flexible y personalizable, el instrumento está configurado para aceptar e instalar una o varias aplicaciones en una memoria. Estas aplicaciones pueden ser escritas por terceras personas que deseen optimizar el funcionamiento del instrumento o implementar protocolos concretos. Esto permite que terceras personas optimicen y experimenten con los componentes y el flujo de trabajo del instrumento. Alternativamente, determinados usuarios pueden tener necesidades específicas, proporcionar un determinado tipo de muestra preferido, o necesitar implementar protocolos médicos específicos o pólizas de seguro médico. La aplicación proporciona instrucciones para configurar el instrumento antes de empezar el análisis y/o para reconfigurar el instrumento tras recibir datos en tiempo real desde el OS.

[0076] Por ejemplo, un hospital concreto solo utiliza muestras de sangre y desea analizar cada muestra para determinar la presencia de E. coli, además de cualquier prueba solicitada, y conseguir un intervalo de confianza del 90 % para ciertos biomarcadores. La aplicación da instrucciones para que el instrumento purifique la muestra optimizada de un modo concreto para capturar componentes microbianos y del paciente y, después, ejecute tanto un cartucho de ensayo bacteriano como un cartucho de genotipo humano. Solo se necesita una simple prueba de presencia/ausencia para el cartucho de bacteria, mientras que para el cartucho de genotipo humano se requiere una secuenciación más profunda. El OS recibe y envía datos en tiempo real a la aplicación, que requiere que el OS secuencie aún más el ADN para determinar la resistencia a antibióticos si hay una bacteria concreta presente y los datos del paciente indican adversidad a antibióticos, o para volver a ejecutar una prueba si el OS identifica algún resultado con una fiabilidad inferior al 90 %.

[0077] El OS está diseñado para recibir «código máquina» y traducirlo en señales de salida para controlar el ensayo. El código máquina suele ser una cadena binaria compilada a partir de código escrito en un lenguaje de programación de alto nivel, como C++. En función de la implementación del OS, el código máquina podría proporcionar instrucciones simplificadas de alto nivel o instrucciones de bajo nivel más personalizables. A modo de ejemplo, las instrucciones en pseudocódigo pueden incluir las siguientes:

[0078] Instrucciones de alto nivel:

Ejecutar prep de la muestra

Purificar muestra

Operación de lisis

Ejecutar prueba de detección oncológica

Ejecutar prueba de sepsis

Ejecutar prueba de estilo de vida

Enviar datos a la aseguradora

Leer perfil del paciente

Ejecutar prueba de secuenciación

Leer tipo de gen

Enviar genotipo a la nube

Reensamblaje de la secuencia

Asociación_médica (genotipo)

Asociación_farmacológica (genotipo)

CuantificarADN

Instrucciones de bajo nivel:

[0079]

Flujo de nucleótidos (A, T, C, G)

Ejecutar PCR (tempi, periodl, temp2, period2, temp3, period3, ciclos)

Ensayo de lavado

Cargar microesfera (z) en pocillo (x, y)

Leer resultados de GSIC (x, y)

Sintetizar cebador (ATCCGGTTA)

Calentar pocillos (54 °C)

Filtrar datos (tipo de filtro, parámetros)

ADC (parámetros)

[0080] La aplicación puede incluir o tener acceso a una base de datos de valores biológicos, como genotipos, anticuerpos, SNP, especies microbianas, que se pueden comparar con los datos biológicos generados en un ensayo. Cada entrada de datos en la base de datos puede tener uno o varios parámetros farmacológicos, médicos o de diagnóstico asociados. Cada entrada de datos en la base de datos puede estar asociada a un conjunto de instrucciones. La aplicación recibe datos del ensayo y los compara con la base de datos para determinar la especie o variante, encontrar una terapia o fármaco recomendado, o ejecutar el conjunto de instrucciones. Esto acelera el proceso de recepción de datos y generación de un resultado significativo. Por ejemplo, en un ensayo de secuenciación de ADN en el que la salida de datos es un flujo de bases en el ácido nucleico de plantilla, la aplicación consulta cada base o secuencia parcial de bases en la base de datos. Algunas de estas no devolverán ninguna asociación útil para la que la aplicación no hace nada. Algunas de estas bases identificarán la especie del microbio en la muestra y la base de datos puede contener instrucciones para seguir secuenciando para determinar la variante concreta.

[0081] La figura 7 representa esquemáticamente características funcionales y estructurales de otro ejemplo de instrumento que comprende una capa de aplicación, un sistema operativo y un conjunto de primitivas y recursos. La figura ilustra en concreto que el sistema operativo pone a disposición de la(s) aplicación(es) un conjunto de procesos de ensayo que incluyen la amplificación, preparación de la muestra, etc.

[0082] La figura 8 es un diagrama de flujo que representa un proceso para analizar ácido nucleico o fragmentos de este. En diversos puntos del flujo, se proporcionan salidas detectadas para informar sobre decisiones del flujo de trabajo, y se reciben decisiones de control del flujo de trabajo. La figura 9 representa esquemáticamente un cartucho 1 adecuado para realizar este análisis. El cartucho puede estar configurado para su uso con un instrumento que proporciona fluidos al cartucho a través de una interfaz de fluidos 2, y que intercambia datos con el cartucho a través de una interfaz de datos 3. El cartucho comprende un controlador 4 que controla un sistema de transporte de fluido 5 acoplado fluidamente a la interfaz de fluido 2. El controlador también controla un conjunto de cámaras de reacción 6, cada una de las cuales comprende un conjunto de sensores 7.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Aparato para analizar ácido nucleico y que comprende:

un cartucho (1) que presenta una multiplicidad de cámaras de reacción (6) con respectivos sensores (7), estando configurados o pudiendo configurarse los sensores (7) para detectar amplificación, secuenciación e hibridación en las cámaras de reacción (6);

un sistema de transporte de fluido (5) para controlar el flujo de fluidos, incluyendo fluidos que contienen dicho ácido nucleico o fragmentos de dicho ácido nucleico, hacia las cámaras de reacción (6) con el fin de facilitar un flujo de trabajo multimodal que comprende la amplificación, secuenciación e hibridación del ácido nucleico y/o fragmentos de este, siendo dicha hibridación a una sonda de hibridación; y

un controlador (4) acoplado a dichos sensores (7) y a dicho sistema de transporte de fluido (5) para obtener resultados de detección y para controlar dicho sistema de transporte de fluido (5) para dirigir dinámicamente el flujo de trabajo para el análisis, caracterizado por que el aparato está configurado para detener cualquier reacción adicional que se produzca en caso de que no haya amplificación y para desactivar el modo de secuenciación aguas abajo para las cámaras de reacción cuando haya algún fallo en la detección de la hibridación.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el aparato está configurado, además, para tomar decisiones durante la secuenciación mediante las cuales cada identificación de base se utiliza para determinar si se sigue secuenciando para una identificación adicional, si se detiene la secuenciación o si se hace fluir un orden concreto de nucleótidos.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde al menos una parte de dicho sistema de transporte de fluido (5) se proporciona en el cartucho (1), y el cartucho (1) comprende entradas y salidas de fluido para acoplar el sistema de transporte de fluido (5), o dicha parte de dicho sistema de transporte de fluido (5), a fuentes de fluido externas y a drenajes de fluido.

4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde dichos sensores (7) son todos del mismo tipo de sensor.

5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, donde dichos sensores (7) son transistores de efecto de campo químico (ChemFET), más preferiblemente transistores de efecto de campo sensible a iones (ISFET).

6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, estando configuradas al menos algunas de dichas cámaras de reacción (6) y los sensores asociados (7) para implementar un conjunto de paneles de ensayo, estando configuradas las cámaras de reacción (6) y los sensores (7) de un determinado panel del conjunto de paneles para implementar y detectar el mismo tipo de reacción.

7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6, donde el controlador (4) está configurado para hacer funcionar los paneles de ensayo del conjunto de paneles en paralelo.

8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6 o 7 y que comprende una pluralidad de conjuntos de paneles.

9. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde dicho sistema de transporte de fluido (5) comprende una o más compuertas de control de flujo de fluido, bajo el control de dicho controlador (4), para dirigir el fluido a las cámaras de reacción (6) deseadas.

10. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde cada cámara de reacción (6) comprende una pluralidad de sensores (7) idénticos.

11. Método para analizar ácido nucleico y que comprende:

proporcionar un dispositivo que presenta una multiplicidad de cámaras de reacción con respectivos sensores; controlar y/o dirigir el transporte de fluido, incluyendo fluidos que contienen dicho ácido nucleico o fragmentos de dicho ácido nucleico, hacia las cámaras de reacción para facilitar un flujo de trabajo multimodal que incluye la amplificación, secuenciación e hibridación del ácido nucleico y/o fragmentos de este, siendo dicha hibridación a una sonda de hibridación;

utilizar dichos sensores para detectar cualquier amplificación, secuenciación e hibridación en las cámaras de reacción; y

aplicar los resultados detectados, en dicha etapa de control y/o direccionamiento del transporte de fluido, para dirigir dinámicamente el flujo de trabajo, y

caracterizado por que dicho control comprende la detención de cualquier reacción adicional que se produzca en casos en los que no haya amplificación desactivando el modo de secuenciación aguas abajo cuando se produzca un fallo en la detección de la hibridación.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, donde dicha etapa de control y/o direccionamiento del transporte de fluido comprende dar direcciones a un usuario para realizar etapas de control manual del transporte de fluido.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, donde dichos sensores son todos del mismo tipo de sensor.

14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, donde dicha etapa de control y/o direccionamiento del transporte de fluido comprende el control y/o direccionamiento del transporte de fluido para provocar que se produzcan dos o más de entre amplificación, secuenciación e hibridación de manera secuencial en la misma cámara de reacción.

15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, donde dicha etapa de uso de dichos sensores comprende detectar la amplificación detectando la generación de amplicones por encima de un nivel de umbral.

16. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, donde dicha etapa de uso de dichos sensores comprende detectar la secuencia de un fragmento de ácido nucleico.