Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon informan sobre el desarrollo de una plataforma de biosensores avanzada basada en nanomateriales que detecta, en segundos, anticuerpos específicos del SARS-CoV-2, el virus responsable de la pandemia COVID-19, y que además podría utilizarse para otros virus. Además de las pruebas para detectar anticuerpos del COVID-19, la plataforma ayudará a cuantificar la respuesta inmunológica del paciente a las nuevas vacunas con precisión.
Los resultados se publicaron esta semana en la revista Advanced Materials. Los colaboradores de Carnegie Mellon incluyeron personal de la Universidad de Pittsburgh (Pitt) y la UPMC, dependiende de la universidad.
La plataforma de prueba identifica la presencia de dos de los anticuerpos del COVID-19, la proteína de pico S1 y el dominio de unión al receptor (RBD), en una gota de sangre muy pequeña (aproximadamente 5 microlitros). Las concentraciones de anticuerpos pueden ser extremadamente bajas y aún detectarse por debajo de un picomolar (0,15 nanogramos por mililitro). Esta detección ocurre a través de una reacción electroquímica dentro de un dispositivo microfluídico portátil que envía los resultados casi de inmediato a una interfaz simple en un teléfono inteligente.
La plataforma de detección propuesta para anticuerpos del COVID-19 es genérica, se puede utilizar para la detección rápida de biomarcadores de otros agentes infecciosos
«Utilizamos los últimos avances en materiales y fabricación, como la impresión 3D de nanopartículas para crear un dispositivo que detecta rápidamente los anticuerpos COVID-19«, afirma Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon que utiliza técnicas especializadas de fabricación aditiva investigación que abarca desde interfaces cerebro-ordenador hasta dispositivos de biomonitoreo.
Una tecnología de fabricación aditiva llamada impresión 3D por chorro de aerosol es responsable de la eficiencia y precisión de la plataforma de prueba. Se imprimen electrodos micropilares de oro diminutos y económicos a nanoescala utilizando gotas de aerosol que se sinterizan juntas térmicamente. Esto provoca una superficie rugosa e irregular que aumenta el área de superficie de los micropilares y una reacción electroquímica mejorada, donde los anticuerpos pueden adherirse a los antígenos recubiertos del electrodo. La geometría específica permite que los micropilares carguen más proteínas para la detección, lo que proporciona resultados muy precisos y rápidos.
La prueba tiene una tasa de error muy baja porque la reacción de unión entre el anticuerpo y el antígeno utilizados en el dispositivo es muy selectiva. Los investigadores pudieron aprovechar este diseño natural en su beneficio.
Los resultados llegan en un momento urgente durante la pandemia de COVID-19. «Debido a que nuestra técnica puede cuantificar la respuesta inmune a la vacunación, es muy relevante en el entorno actual«, confirma Panat.
Panat colaboró con Shou-Jiang Gao, líder del programa de virología del cáncer en el Hillman Cancer Center de la UPMC y profesor de microbiología y genética molecular en Pitt. Azahar Ali, investigador del Laboratorio de Materiales y Fabricación Avanzada de Panat, es el autor principal del estudio.
El diagnóstico rápido para el tratamiento y prevención de enfermedades transmisibles es un objetivo de salud pública que va más allá de la actual pandemia de COVID-19. Debido a que la plataforma de detección propuesta es genérica, se puede utilizar para la detección rápida de biomarcadores de otros agentes infecciosos como el Ébola, el VIH y el Zika. Una prueba tan rápida y eficaz podría cambiar las reglas del juego para controlar la propagación de enfermedades.
Fuente: Advanced Materials.
