Los ingenieros del MIT y de la Universidad de Harvard han diseñado un pequeño dispositivo de mesa que puede detectar el SARS-CoV-2 a partir de una muestra de saliva en aproximadamente una hora. En un nuevo estudio, demostraron que el diagnóstico es tan preciso como las pruebas de PCR actuales.usado.
El dispositivo también se puede usar para detectar mutaciones virales específicas vinculadas a algunas de las variantes del SARS-CoV-2 que ahora están circulando. Este resultado también se puede obtener en una hora, lo que potencialmente hace que sea mucho más fácil rastrear diferentes variantes delvirus, especialmente en regiones que no tienen acceso a instalaciones de secuenciación genética.
"Demostramos que nuestra plataforma se puede programar para detectar nuevas variantes que surgen, y que podríamos reutilizarla con bastante rapidez", dice James Collins, profesor Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia en el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica del MIT IMES y el Departamento de Ingeniería Biológica. "En este estudio, nos centramos en las variantes del Reino Unido, Sudáfrica y Brasil, pero podría adaptar fácilmente la plataforma de diagnóstico para abordar la variante Delta y otras que están surgiendo".
El nuevo diagnóstico, que se basa en la tecnología CRISPR, se puede ensamblar por alrededor de $ 15, pero esos costos podrían reducirse significativamente si los dispositivos se produjeran a gran escala, dicen los investigadores.
Collins es el autor principal del nuevo estudio, que aparece hoy en avances científicos . Los autores principales del artículo son Helena de Puig, postdoctorado en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard; Rose Lee, instructora de pediatría en el Boston Children's Hospital y el Beth Israel Deaconess Medical Center y miembro visitante en el Wyss Institute;Devora Najjar, estudiante de posgrado en el Laboratorio de Medios del MIT; y Xiao Tan, miembro clínico del Instituto Wyss e instructor de gastroenterología en el Hospital General de Massachusetts.
un diagnóstico autónomo
El nuevo diagnóstico se basa en SHERLOCK, una herramienta basada en CRISPR que Collins y otros informaron por primera vez en 2017. Los componentes del sistema incluyen una cadena guía de ARN que permite la detección de secuencias de ARN diana específicas y enzimas Cas que escinden esas secuencias yproducen una señal fluorescente. Todos estos componentes moleculares pueden liofilizarse para su almacenamiento a largo plazo y reactivarse tras la exposición al agua.
El año pasado, el laboratorio de Collins comenzó a trabajar en la adaptación de esta tecnología para detectar el virus SARS-CoV-2, con la esperanza de poder diseñar un dispositivo de diagnóstico que pudiera producir resultados rápidos y ser operado con poca o ninguna experiencia. También lo queríanpara trabajar con muestras de saliva, lo que facilita aún más a los usuarios.
Para lograr eso, los investigadores tuvieron que incorporar un paso crítico de preprocesamiento que desactiva las enzimas llamadas nucleasas salivales, que destruyen los ácidos nucleicos como el ARN. Una vez que la muestra ingresa al dispositivo, las nucleasas se inactivan mediante calor y dos reactivos químicosLuego, se extrae y concentra el ARN viral pasando la saliva a través de una membrana.
"Esa membrana fue clave para recolectar los ácidos nucleicos y concentrarlos para que podamos obtener la sensibilidad que mostramos con este diagnóstico", dice Lee.
Esta muestra de ARN luego se expone a componentes CRISPR / Cas liofilizados, que se activan mediante la perforación automática de paquetes de agua sellados dentro del dispositivo. La reacción en un solo recipiente amplifica la muestra de ARN y luego detecta la secuencia de ARN objetivo, si está presente.
"Nuestro objetivo era crear un diagnóstico completamente autónomo que no requiriera otro equipo", dice Tan. "Básicamente, el paciente escupe en este dispositivo, y luego presiona un émbolo y obtiene una respuesta una hora más tarde".
Los investigadores diseñaron el dispositivo, al que denominan SHERLOCK mínimamente instrumentado miSHERLOCK, de modo que pueda tener hasta cuatro módulos, cada uno de los cuales busca una secuencia de ARN diana diferente. El módulo original contiene cadenas de guía de ARN que detectan cualquier cepa de SARS-CoV-2. Otros módulos son específicos de mutaciones asociadas con algunas de las variantes que han surgido en el último año, incluidas B.1.1.7, P.1 y B.1.351.
La variante Delta aún no estaba muy extendida cuando los investigadores realizaron este estudio, pero debido a que el sistema ya está construido, dicen que debería ser sencillo diseñar un nuevo módulo para detectar esa variante. El sistema también podría programarse fácilmente para monitorearnuevas mutaciones que podrían hacer que el virus sea más infeccioso.
"Si desea hacer una encuesta epidemiológica más amplia, puede diseñar ensayos antes de que aparezca una mutación de interés en una población, para monitorear mutaciones potencialmente peligrosas en la proteína de pico", dice Najjar.
variantes de seguimiento
Los investigadores primero probaron su dispositivo con saliva humana enriquecida con secuencias sintéticas de ARN del SARS-CoV-2, y luego con aproximadamente 50 muestras de pacientes que dieron positivo al virus. Descubrieron que el dispositivo era tan preciso como el oroAhora se utilizan pruebas de PCR estándar, que requieren hisopos nasales y requieren más tiempo y mucho más hardware y manipulación de muestras para producir resultados.
El dispositivo produce una lectura fluorescente que se puede ver a simple vista, y los investigadores también diseñaron una aplicación para teléfonos inteligentes que puede leer los resultados y enviarlos a los departamentos de salud pública para un seguimiento más fácil.
Los investigadores creen que su dispositivo podría producirse a un costo tan bajo como $ 2 a $ 3 por dispositivo. Si la FDA lo aprueba y se fabrica a gran escala, prevén que este tipo de diagnóstico podría ser útil para las personas que desean sercapaz de realizar pruebas en el hogar o en centros de atención médica en áreas sin acceso generalizado a las pruebas de PCR o secuenciación genética de las variantes del SARS-CoV-2.
"La capacidad de detectar y rastrear estas variantes es esencial para una salud pública eficaz, pero desafortunadamente, las variantes se diagnostican actualmente solo mediante la secuenciación de ácidos nucleicos en centros epidemiológicos especializados que son escasos incluso en países ricos en recursos", dice de Puig.
La investigación fue financiada por el Instituto Wyss; el Grupo Paul G. Allen Frontiers; el Centro de Investigación del SIDA de la Universidad de Harvard, que cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud; una beca postdoctoral de la Sociedad Americana de Medicina Tropical e Higiene Burroughs-Wellcome; un premio académico de investigación farmacéutica Takeda de la Asociación Estadounidense de Gastroenterología; y una beca del Centro MIT-TATA.
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