Un equipo internacional e multiinstitucional de investigadores dirigido por el biólogo sintético James Collins, Ph.D., del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard, ha desarrollado un sistema de diagnóstico rápido y de bajo costo en papel para la cepa.detección específica del virus Zika, con el objetivo de que pronto pueda usarse en el campo para analizar muestras de sangre, orina o saliva.
"La creciente crisis de salud global causada por el virus del Zika nos impulsó a aprovechar las nuevas tecnologías que hemos desarrollado en el laboratorio y usarlas para crear un flujo de trabajo que podría diagnosticar a un paciente con Zika, en el campo, dentro de 2-3 horas,"dijo Collins, quien es miembro de la Facultad de Wyss Core, y Profesor Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia y Profesor de Ingeniería Biológica en el Departamento de Ingeniería Biológica del Instituto Tecnológico de Massachusetts MIT.
Partiendo del trabajo previo realizado en el Instituto Wyss de Harvard por Collins y su equipo, junto con colaboradores del Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT, el Instituto Broad de Harvard y el MIT, la Escuela de Medicina de Harvard HMS, la Universidad de Toronto, Estado de ArizonaLa Universidad ASU, la Universidad de Wisconsin-Madison UW-Madison, la Universidad de Boston BU, la Universidad de Cornell y Addgene se unieron a sus esfuerzos para crear un prototipo rápido de la prueba de diagnóstico rápido y describir sus métodos en un estudio publicado en línea el 6 de mayo de 2016en el diario Celda todo en cuestión de seis semanas. Collins es el autor correspondiente del artículo.
Innovación emergente durante la crisis de salud del Ébola
En octubre de 2014, el equipo de Collins desarrolló un método innovador para incrustar redes de genes sintéticos, que podrían usarse como diagnósticos y sensores programables, en pequeños discos portátiles de papel ordinario.
Estimulados por el brote de Ébola en África en ese momento, demostraron un diagnóstico de cambio de color de prueba de concepto que podría detectar el Ébola al incrustar en papel un nuevo tipo de sensor biomolecular sintético diseñado para detectar secuencias de ARN específicas.Las secuencias de ARN pueden marcar no solo las firmas genéticas del Ébola sino también otros virus de ARN, incluidos el Zika, el SARS, el sarampión, la influenza, la hepatitis C y la fiebre del Nilo Occidental. El equipo creyó que un día, el método podría aplicarse en el campo para identificarvirus con muestras de sangre, orina o saliva.
Sin embargo, hasta hace poco, la tecnología basada en papel del equipo ha sido desafiada por la concentración extremadamente baja de virus que normalmente se encuentra en la sangre, la orina y la saliva. Ahora, usando muestras de sangre de monos infectados con el virus del Zika y virus recuperadosde células infectadas en el laboratorio, el equipo ha validado una técnica de próxima generación que supera este problema.
Un salto para el diagnóstico en papel, impulsado por el brote de Zika
"Las imágenes vívidas en las noticias derivadas de la actual crisis del Zika son desgarradoras", dijo Keith Pardee, Ph.D., uno de los primeros coautores del estudio y profesor asistente en la Facultad de Farmacia Leslie Dan de la Universidad deToronto, quien anteriormente fue becario postdoctoral en el Instituto Wyss y BU "Esperamos que una herramienta como esta pueda ayudar a reducir el impacto del brote hasta que se pueda desarrollar una vacuna".
Con el uso en el campo en mente, el equipo de Collins diseñó un flujo de trabajo modular simple que comprende tres pasos: amplificación, detección de Zika e identificación de cepas con ayuda de CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9, un mecanismo de edición de genes derivado del sistema inmunitario de las bacterias,se puede utilizar para buscar secuencias completas para encontrar marcadores genéticos exclusivos. Aprovechando el talento de CRISPR-Cas9 para el reconocimiento de secuencias, la tercera parte del sistema del equipo utiliza un diagnóstico en papel con ayuda de CRISPR-Cas9 para discriminar entre cepas cuyos perfiles genéticos difieren entan poco como un nucleótido
Una vez que el ARN de una muestra se ha amplificado utilizando una mezcla de enzimas y "cebadores", secuencias de ADN que desencadenan la replicación, se administra una gota a los discos de papel que se liofilizan con una mezcla de componentes celulares y proteínas biológicas.El ARN amplificado activa los componentes liofilizados para que los discos cambien de color para indicar un resultado positivo para el virus del Zika. Si bien el resultado se puede leer a simple vista similar a una prueba de embarazo en el hogar, también se puede usar un lector electrónico especialmente diseñadopara obtener resultados más rápidos y podría, algún día, cuantificar la cantidad de carga viral en una muestra.
Si se detecta Zika, el tercer paso consiste en mezclar una muestra con un cóctel CRISPR-Cas9 liofilizado y luego usar esa mezcla para humedecer otro conjunto de discos de papel que cambian de color. Dependiendo del tipo de cepa de Zika contenida en la muestra, estos discos experimentan otro conjunto de cambios de color visibles. Aunque los biólogos sintéticos y los ingenieros genéticos generalmente ponen CRISPR-Cas9 para trabajar dentro de las células vivas, el equipo de Collins descubrió que funciona igual de bien, e incluso mejor en algunos casos, cuando se congelaseco.
"Hemos probado nuestros sistemas de diagnóstico contra cepas estrechamente relacionadas del virus del dengue y descubrimos que dentro de los primeros dos pasos, nuestro sistema puede distinguir fácilmente el zika del dengue", dijo Alexander Green, Ph.D., coautor principalsobre el estudio y un Profesor Asistente en el Centro de Diseño Molecular y Biomimética en el Instituto de Biodiseño y la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU, quien anteriormente fue becario postdoctoral en el Instituto Wyss y BU ". La adición del tercer paso basado en CRISPR -desplegar Cas9 en una plataforma basada en papel por primera vez, solo mejora la precisión de la detección. A medida que preparamos esta tecnología para la traducción, planeamos validar nuestro sistema contra docenas o incluso cientos de muestras clínicas ".
Combatiendo futuras pandemias
Todos los componentes del sistema de diagnóstico se pueden liofilizar para su almacenamiento y transporte mientras se mantiene su eficacia. La capacidad de identificar un diagnóstico específico de cepa en el campo podría resultar valioso para las organizaciones de salud nacionales y globales para rastrear la propagación de un virusbrote en tiempo real y para preparar estrategias de contención y planes de tratamiento.
El sistema de diagnóstico desarrollado por el equipo de Collins podría adaptarse para identificar una variedad de patógenos, y es una plataforma de diagnóstico extremadamente rentable dada su naturaleza en papel. Además, el método es robusto y podría usarse para responder rápidamentey desarrollar nuevos diagnósticos ante brotes emergentes.
"En respuesta a un brote emergente, imaginamos que un sistema de diagnóstico personalizado podría estar listo para su uso dentro de una semana", dijo Collins. "Actualmente estamos buscando múltiples oportunidades para asegurar la financiación pública y privada para comercializar esto".sistema de diagnóstico y ponerlo a disposición del personal de respuesta sanitaria mundial "
"La capacidad de recapitular la maquinaria genética de las células vivas en papel liofilizado ordinario proporciona una forma de desarrollar sensores y diagnósticos revolucionarios en una fracción del tiempo y con mayor sensibilidad y especificidad que los ensayos más convencionales. Estas pruebas económicas basadas en papeltambién puede transportarse fácilmente fuera del laboratorio y distribuirse virtualmente a cualquier parte del mundo. El potencial para aplicaciones en exámenes de salud y ambientales, particularmente en áreas de bajos recursos, es enorme ", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D.., quien es el profesor de Biología Vascular Judah Folkman en la Facultad de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, y también Profesor de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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