Un nuevo sensor que detecta SARS-CoV-2 sin anticuerpos en minutos podría desarrollarse como diagnóstico rápido de COVID-19

Utilizando nanotubos de carbono especializados, un equipo de ingenieros ha diseñado un sensor novedoso que puede detectar el SARS-CoV-2 sin ningún anticuerpo, dando un resultado en minutos.

El nuevo sensor desarrollado por científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT; Cambridge, MA, EUA) se basa en tecnología que puede generar rápidamente diagnósticos rápidos y precisos, no solo para COVID-19 sino también para pandemias futuras. El diagnóstico se basa en la tecnología de sensores de nanotubos de carbono que los científicos desarrollaron hace varios años. Esta técnica novedosa para diseñar sensores para una variedad de moléculas 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. Al envolver dichos tubos en diferentes polímeros, es posible crear sensores que respondan a moléculas objetivo específicas reconociéndolas químicamente.

Este enfoque, conocido como Reconocimiento Molecular de Fase Corona (CoPhMoRe), aprovecha un fenómeno que ocurre cuando ciertos tipos de polímeros se unen a una nanopartícula. Estas moléculas, conocidas como polímeros anfifílicos, tienen regiones hidrofóbicas que se adhieren a los tubos como anclajes y regiones hidrofílicas 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 producida por el nanotubo de carbono.

Los investigadores se propusieron crear un sensor CoPhMoRe para proteínas del SARS-CoV-2 y desarrollaron estrategias que les permiten predecir qué polímeros anfifílicos interactuarán mejor con una molécula diana en particular. Esto les permitió generar rápidamente un conjunto de 11 fuertes candidatos 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 Spike del virus SARS-CoV-2. También pudieron incorporar los sensores en un dispositivo prototipo con 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 documento, los investigadores han logrado un límite de detección más bajo que las pruebas rápidas que ahora están disponibles comercialmente. Los investigadores también demostraron que el dispositivo podía detectar la proteína de la nucleocápside del SARS-CoV-2 (pero no la proteína Spike) cuando se disolvía en 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, por lo que la mayoría de los diagnósticos de COVID-19 requieren hisopos nasales. 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 para la COVID-19. 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.

“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”, dijo Sooyeon Cho, postdoctoral del MIT. “Es una característica única de este tipo de esquema de reconocimiento molecular que el diseño y las pruebas rápidos son posibles, sin obstáculos por el tiempo de desarrollo y los requisitos de la cadena de suministro de un anticuerpo convencional o receptor enzimático”.

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Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)