Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon informan sobre los hallazgos 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. Además de las pruebas, 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 la Universidad de Pittsburgh (Pitt) y la UPMC.
La plataforma de prueba identifica la presencia de dos de los anticuerpos del virus, 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.
"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", dijo Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon, que utiliza técnicas especializadas de fabricación aditiva para investigaciones de rango desde interfaces cerebro-computadora hasta dispositivos de biomonitoreo.
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
Una tecnología de fabricación aditiva llamada impresión 3D por chorro de aerosol es responsable de la eficiencia y precisión de la plataforma de prueba. Los electrodos micropilares de oro diminutos y económicos se imprimen a nanoescala usando gotas de aerosol que se sinterizan térmicamente juntas. Esto provoca una superficie rugosa e irregular que proporciona un área de superficie aumentada 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 da como resultado 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", dijo Panat.
Se puede utilizar para la detección rápida de biomarcadores de otros agentes infecciosos como el Ébola, el VIH y el Zika
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, fue el autor principal del estudio.
El diagnóstico rápido para el tratamiento y prevención de enfermedades transmisibles es un problema de salud pública que va más allá de la actual pandemia de COVID-19. Dado 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.