Una nueva herramienta que utiliza una matriz similar a un bosque de nanotubos de carbono alineados verticalmente que se puede ajustar con precisión para atrapar virus de manera selectiva por su tamaño puede aumentar el umbral de detección de virus y acelerar el proceso de identificación de virus emergentes. La investigación, por un equipo interdisciplinario de científicos en Penn State, se publica en la edición del 7 de octubre de 2016 de la revista avances científicos .
"La detección temprana de virus en una infección antes de que aparezcan los síntomas, o de muestras de campo, es difícil porque la concentración de los virus podría ser muy baja, a menudo por debajo del umbral de los métodos de detección actuales", dijo Mauricio Terrones, profesor de física.química y ciencia e ingeniería de materiales en Penn State, y uno de los autores correspondientes de la investigación.
"La detección temprana es importante porque un virus puede comenzar a propagarse antes de que tengamos la capacidad de detectarlo. El dispositivo que hemos desarrollado nos permite atrapar y concentrar virus de forma selectiva por su tamaño, más pequeño que las células humanas y las bacterias, pero más grandeque la mayoría de las proteínas y otras macromoléculas, en muestras increíblemente diluidas. Aumenta aún más nuestra capacidad para detectar pequeñas cantidades de un virus en más de cien veces ".
El equipo de investigación desarrolló y probó un dispositivo pequeño y portátil que aumenta la sensibilidad de detección de virus al atrapar y concentrar virus en una serie de nanotubos de carbono. Las muestras diluidas recolectadas de pacientes o del medio ambiente se pasan a través de un filtro para eliminar partículas grandes comocomo bacterias y células humanas, luego a través de la matriz de nanotubos de carbono en el dispositivo. Los virus quedan atrapados y se acumulan hasta concentraciones utilizables dentro del bosque de nanotubos, mientras que otras partículas más pequeñas pasan y se eliminan. El virus concentrado capturado en el dispositivo puedeluego se someterá a un panel de pruebas para identificarlo, incluido el diagnóstico molecular por reacción en cadena de la polimerasa PCR, métodos inmunológicos, aislamiento del virus y secuenciación del genoma.
"Debido a que nuestro dispositivo aísla y concentra virus puramente por tamaño, podemos capturar virus de los que no sabemos nada biológicamente; no necesitamos ningún anticuerpo u otra etiqueta molecular", dijo Terrones. "Una vez que capturamos yconcentrar el virus, podemos utilizar otras técnicas, como la secuenciación del genoma completo, para caracterizarlo ".
"La mayoría de los brotes virales letales en las últimas dos décadas fueron causados por virus emergentes. Esta tecnología de enriquecimiento de virus basada en el tamaño puede ser particularmente poderosa para la identificación de virus emergentes y el descubrimiento de nuevos virus que no tienen anticuerpos ni información de secuencia disponible.", dijo Si-Yang Zheng, profesor asociado de ingeniería biomédica en Penn State, el otro autor correspondiente del artículo." Nuestra nueva tecnología no solo enriquece los virus al menos cien veces, sino que también elimina los contaminantes del huésped y del medio ambiente,y permite la identificación directa del virus mediante la secuenciación de próxima generación a partir de muestras recolectadas en el campo sin cultivo de virus.
Los virus, como la influenza, el VIH / SIDA, el Ébola y el Zika, pueden causar brotes repentinos e impredecibles que conducen a graves crisis de salud pública. Las técnicas actualmente disponibles para aislar e identificar los virus que causan estos brotes son lentas,costosos, y utilizan equipos y reactivos que pueden ser costosos, voluminosos y que requieren almacenamiento especializado. Además, muchos brotes recientes han sido causados por virus emergentes para los cuales no existen formas establecidas de aislarlos selectivamente para su identificación y caracterización.
"Desarrollamos la tecnología para hacer crecer un bosque de nanotubos y podemos controlar la distancia entre los troncos", dijo Zheng. "La distancia entre tubos puede variar desde aproximadamente 17 nanómetros hasta más de 300 nanómetros para capturar virus de forma selectiva. Las propiedades únicas deel bosque de nanotubos de carbono nos permite integrarlo en un microdispositivo robusto, escalable y portátil que se puede adaptar para su uso en el campo sin la necesidad de instrumentos voluminosos y almacenamiento especializado de reactivos ".
Los investigadores validaron la capacidad de su dispositivo recientemente desarrollado para capturar virus de muestras diluidas utilizando concentraciones conocidas de virus previamente identificados, así como muestras de campo de virus emergentes y desconocidos. "Desarrollamos una plataforma portátil para enriquecer y aislar virus basados en sutamaños físicos ", dijo Yin-Ting Yeh, investigador postdoctoral en Penn State y primer autor del artículo." Este enfoque sintonizable basado en el tamaño proporciona un enriquecimiento rápido del virus directamente a partir de muestras de campo sin el uso de anticuerpos. El dispositivo permite la detección temprana deenfermedades emergentes y potencialmente permite el desarrollo de vacunas mucho antes en el proceso de un brote ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Penn State . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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