Utilizando nanotubos de carbono especializados, los ingenieros del MIT han diseñado un sensor novedoso que puede detectar el SARS-CoV-2 sin ningún anticuerpo, dando un resultado en minutos. Su nuevo sensor se basa en tecnología que puede generar rápidamente diagnósticos rápidos y precisos, no solopara Covid-19, pero para futuras pandemias, dicen los investigadores.
"Una prueba rápida significa que puede abrir el viaje mucho antes en una pandemia futura. Puede monitorear a las personas que bajan de un avión y determinar si deben ponerse en cuarentena o no. De manera similar, podría monitorear a las personas que ingresan a su lugar de trabajo, etc.", dice Michael Strano, profesor de ingeniería química de Carbon P. Dubbs en el MIT y autor principal del estudio." Todavía no tenemos tecnología que pueda desarrollar e implementar estos sensores con la rapidez suficiente para evitar pérdidas económicas ".
El diagnóstico se basa en la tecnología de sensor de nanotubos de carbono que el laboratorio de Strano ha desarrollado previamente. Una vez que los investigadores comenzaron a trabajar en un sensor Covid-19, solo les llevó 10 días identificar un nanotubo de carbono modificado capaz de detectar selectivamente las proteínas virales queestaban buscando, y luego probarlo e incorporarlo en un prototipo funcional. Este enfoque también elimina la necesidad de anticuerpos u otros reactivos que requieren mucho tiempo para generar, purificar y poner a disposición de todos.
El postdoctorado del MIT Sooyeon Cho y la estudiante de posgrado Xiaojia Jin son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Química analítica . Otros autores incluyen a los estudiantes graduados del MIT Sungyun Yang y Jianqiao Cui, y al postdoctorado Xun Gong.
reconocimiento molecular
Hace varios años, el laboratorio de Strano desarrolló un enfoque novedoso para diseñar sensores para una variedad de moléculas. Su técnica se basa en nanotubos de carbono: cilindros huecos de carbono de nanómetros de espesor que emiten fluorescencia de forma natural cuando se exponen a la luz láser. Han demostradoque al envolver dichos tubos en diferentes polímeros, pueden crear sensores que responden a moléculas objetivo específicas reconociéndolas químicamente.
Su enfoque, conocido como Reconocimiento Molecular de Fase Corona CoPhMoRe, aprovecha un fenómeno que ocurre cuando ciertos tipos de polímeros se unen a una nanopartícula. Conocidas como polímeros anfifílicos, estas moléculas tienen regiones hidrofóbicas que se adhieren a los tubos como anclas yregiones hidrófilas que forman una serie de bucles que se extienden desde los tubos.
Esos bucles forman una capa llamada corona que rodea al nanotubo. Dependiendo de la disposición de los bucles, diferentes tipos de moléculas objetivo pueden encajar en los espacios entre los bucles, y esta unión del objetivo altera la intensidad o la longitud de onda máxima de la fluorescencia.producido por el nanotubo de carbono.
A principios de este año, Strano e InnoTech Precision Medicine, un desarrollador de diagnósticos con sede en Boston, recibieron una subvención de los Institutos Nacionales de Salud para crear un sensor CoPhMoRe para proteínas SARS-CoV-2. Los investigadores del laboratorio de Strano ya habían desarrollado estrategias que les permitíanpara predecir qué polímeros anfifílicos interactuarán mejor con una molécula objetivo en particular, por lo que pudieron generar rápidamente un conjunto de 11 candidatos fuertes para el SARS-CoV-2.
Aproximadamente 10 días después de comenzar el proyecto, los investigadores habían identificado sensores precisos tanto para la nucleocápside como para la proteína de pico del virus SARS-CoV-2. Durante ese tiempo, también pudieron incorporar los sensores en un dispositivo prototipocon una punta de fibra óptica que puede detectar cambios de fluorescencia de la muestra de biofluido en tiempo real. Esto elimina la necesidad de enviar la muestra a un laboratorio, que se requiere para la prueba de diagnóstico de PCR estándar de oro para Covid-19.
Este dispositivo produce un resultado en unos cinco minutos y puede detectar concentraciones tan bajas como 2,4 picogramos de proteína viral por mililitro de muestra. En experimentos más recientes realizados después de la presentación de este artículo, los investigadores han logrado un límite de detección inferior alas pruebas rápidas que ahora están disponibles comercialmente.
Los investigadores también demostraron que el dispositivo podía detectar la proteína de la nucleocápsida del SARS-CoV-2 pero no la proteína del pico cuando se disolvía en la saliva. La detección de proteínas virales en la saliva suele ser difícil porque la saliva contiene carbohidratos pegajosos y moléculas de enzimas digestivas.que interfieren con la detección de proteínas, razón por la cual la mayoría de los diagnósticos de Covid-19 requieren hisopos nasales.
"Este sensor muestra el rango más alto de límite de detección, tiempo de respuesta y compatibilidad con la saliva incluso sin ningún diseño de anticuerpo y receptor", dice Cho. "Es una característica única de este tipo de esquema de reconocimiento molecular que el diseño y las pruebas rápidoses posible, sin obstáculos por el tiempo de desarrollo y los requisitos de la cadena de suministro de un anticuerpo convencional o receptor enzimático ".
respuesta rápida
La velocidad con la que los investigadores pudieron desarrollar un prototipo funcional sugiere que este enfoque podría resultar útil para desarrollar diagnósticos más rápidamente durante futuras pandemias, dice Strano.
"Podemos pasar de que alguien nos entregue marcadores virales a un sensor de fibra óptica que funcione en un período de tiempo extremadamente corto", dice.
Los sensores que se basan en anticuerpos para detectar proteínas virales, que forman la base de muchas de las pruebas rápidas de Covid-19 ahora disponibles, tardan mucho más en desarrollarse porque el proceso de diseño del anticuerpo proteico correcto requiere mucho tiempo.
Los investigadores han solicitado una patente sobre la tecnología con la esperanza de que pueda comercializarse para su uso como diagnóstico de Covid-19. Strano también espera desarrollar aún más la tecnología para que pueda implementarse rápidamente en respuesta a futuras pandemias.
La investigación fue financiada por una subvención de Aceleración Rápida del Diagnóstico RADx de los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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