Plataforma PCR rápida, abierta y digitalizada produce resultados en 15 minutos

SARS, Ébola, Zika y ahora COVID-19; los expertos coinciden en que la frecuencia de enfermedades infecciosas aumentará en el futuro. El cambio climático, la rápida urbanización, los cambios en los patrones de uso de la tierra, los viajes globales y el mayor contacto entre personas y animales contribuyen a la creciente probabilidad de que ocurran epidemias, e incluso pandemias. Para garantizar que estemos mejor equipados para luchar contra las pandemias, se necesitan pruebas altamente sensibles en el lugar, que puedan indicar la presencia de infecciones con la mayor claridad posible en solo unos minutos y transferir los resultados directamente a quienes toman las decisiones digitalmente. Un equipo de investigadores está desarrollando un sistema de prueba rápida que combinaría las ventajas de las pruebas de PCR más sensibles y las pruebas de antígenos en el lugar más baratas, pero menos confiables, que se venden en farmacias y supermercados. Las nuevas pruebas también serán más asequibles que los sistemas de prueba rápida de PCR PoC (punto de atención) que se encuentran actualmente en el mercado.

Las pruebas de antígeno rentables que se pueden producir en grandes cantidades no pueden estar disponibles inmediatamente después de un brote de una nueva enfermedad infecciosa que podría causar una pandemia. El tiempo de desarrollo necesario para estas pruebas es demasiado largo para contener o incluso prevenir una pandemia. Por otro lado, las pruebas PCR PoC actuales son hasta 30 veces más caras que las pruebas de antígenos. Los bajos volúmenes de producción, los altos costos de inversión, las soluciones logísticas sofisticadas y las estructuras microfluídicas complejas se encuentran entre los factores responsables de los altos precios. Como resultado, no son adecuados para pruebas masivas o para uso en el PoC. Investigadores de la Sociedad Fraunhofer (Munich, Alemania) están desarrollando actualmente un sistema de prueba de PCR escalable, abierto y digitalizado como parte del proyecto OPEN-POCT que producirá resultados en solo 15 minutos.

La metodología PCR requiere dos temperaturas. Los reactivos con el fluido de muestra deben calentarse y enfriarse, lo que requiere mucho tiempo. El bloque de calentamiento en los dispositivos de PCR se calienta inicialmente a más de 90 grados (Celsius) para que las hebras de ADN puedan separarse. Luego se enfría a unos 60 grados. Después de esto, el genoma del virus se duplica. Una hebra de ADN se convierte en dos y en la siguiente etapa dos se convierten en cuatro y así sucesivamente. Esto permite que el virus sea detectado. Para evitar la necesidad del largo proceso de calentamiento y enfriamiento constante, el equipo de investigación utilizó dos zonas de calor diferentes: una cámara caliente y una cámara más fría. El fluido de muestra se bombea de un lado a otro entre ellas por medio de una bomba en el cartucho. El fluido se mueve de una zona de calor a la otra en el cartucho de detección a través de canales microfluídicos en forma de bucle. Como resultado, se estira, lo que le da una gran relación superficie-volumen y, por lo tanto, permite un rápido transporte de calor. Esto significa que el sistema alcanza rápidamente la temperatura necesaria para el proceso de PCR y que no es necesario ajustar constantemente el bloque de calor a las dos temperaturas diferentes .

Las pruebas preliminares de los investigadores con ARN de virus purificado fueron mucho más rápidas que las pruebas de laboratorio de PCR estándar. Los resultados estuvieron disponibles después de solo 15 minutos, pero el nivel de sensibilidad se mantuvo igual. El dispositivo compacto, que mide solo 15 por 15 por 20 centímetros, tiene un diseño simple. Además del cartucho microfluídico y la bomba, incluye estructuras de calentamiento y una cámara de fluorescencia como detector. No se necesitan componentes costosos. Otra ventaja es la capacidad de adaptar rápidamente la plataforma OPEN-POCT para su uso con otros virus. La plataforma OPEN-POCT también permite la transferencia digitalizada y automatizada de resultados positivos de pruebas directamente a las autoridades sanitarias. Para permitir que una pandemia se contenga rápidamente, no solo es necesario superar los obstáculos técnicos, sino también eliminar los obstáculos burocráticos. Esto solo es posible si el proceso de transferencia de datos automatizado utiliza sistemas de datos seguros e incluye la protección de datos personales y características generales de TI y seguridad de datos. El equipo planea expandir las soluciones de transferencia digital para incluir un enlace con la aplicación Corona Warn, por ejemplo. Los socios del proyecto también han elaborado un libro blanco completo para los responsables de la toma de decisiones que cubre consideraciones de diagnóstico y protección de datos, así como cuestiones normativas.

“Nuestro objetivo es sacar las pruebas de PCR del laboratorio y convertirlas en un sistema de prueba rápido que se pueda usar en el lugar para una gran cantidad de pruebas. Es por eso que estamos diseñando nuestra solución como un sistema abierto para permitir que múltiples fabricantes produzcan los componentes, por ejemplo, cartuchos y reactivos”, explicó el Dr. Christian Freese, investigador de Fraunhofer IMM. “En principio, se trata de desarrollar un ecosistema administrativo y regulatorio para un sistema de prueba de PCR PoC escalable, abierto y digitalizado para detectar agentes infecciosos que podrían causar pandemias. El precio de una prueba para una persona solo debe ascender a unos pocos euros”.

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