Utilizando nanotubos de carbono especializados, los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han diseñado un novedoso sensor que puede detectar el SARS-CoV-2 sin necesidad de anticuerpos, dando un resultado en cuestión de minutos. Su nuevo sensor se basa en una tecnología que puede generar diagnósticos rápidos y precisos, no sólo para el Covid-19 sino para futuras pandemias, aseguran los autores del estudio publicado en la revista 'Analytical Chemistry'.
"Una prueba rápida significa que se pueden abrir los viajes mucho antes en una futura pandemia. Se puede examinar a las personas que bajan de un avión y determinar si deben estar en cuarentena o no. Del mismo modo, se podría examinar a las personas que entran en su lugar de trabajo, etc --afirma Michael Strano, catedrático de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT y autor principal del estudio--. Todavía no tenemos una tecnología que pueda desarrollar y desplegar esos sensores con la suficiente rapidez para evitar pérdidas económicas".
El diagnóstico se basa en la tecnología de sensores de nanotubos de carbono que el laboratorio de Strano ha desarrollado previamente. Una vez que los investigadores empezaron a trabajar en el sensor Covid-19, sólo tardaron 10 días en identificar un nanotubo de carbono modificado capaz de detectar selectivamente las proteínas víricas que buscaban, para luego probarlo e incorporarlo a un prototipo funcional. Además, este método elimina la necesidad de utilizar anticuerpos u otros reactivos cuya generación, purificación y difusión requieren mucho tiempo.
Hace varios años, el laboratorio de Strano desarrolló un novedoso enfoque para diseñar sensores de diversas moléculas. Su técnica se basa en los nanotubos de carbono, unos cilindros huecos de un grosor nanométrico hechos de carbono que se vuelven fluorescentes de forma natural cuando se exponen a la luz láser. Han demostrado que envolviendo estos tubos en diferentes polímeros, pueden crear sensores que respondan a moléculas específicas reconociéndolas químicamente.
El nuevo sensor se basa en una tecnología que puede generar diagnósticos rápidos y precisos, no sólo para el Covid-19 sino para futuras pandemias
Su método, conocido como Reconocimiento Molecular en Fase Corona (CoPhMoRe), aprovecha un fenómeno que se produce cuando ciertos tipos de polímeros se unen a una nanopartícula. Conocidos como polímeros anfifílicos, estas moléculas tienen regiones hidrofóbicas que se adhieren a los tubos como anclas y regiones hidrofílicas que forman una serie de bucles que se extienden fuera de los tubos.
Estos bucles forman una capa llamada corona que rodea al nanotubo. Dependiendo de la disposición de los bucles, diferentes tipos de moléculas objetivo pueden encajarse 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.
A principios de este año, Strano e InnoTech Precision Medicine, una empresa de diagnóstico con sede en Boston, recibieron una subvención de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos para crear un sensor CoPhMoRe para las proteínas del SARS-CoV-2. Los investigadores del laboratorio de Strano ya habían desarrollado estrategias que les permiten predecir qué polímeros anfifílicos interactuarán mejor con una molécula objetivo concreta, por lo que pudieron generar rápidamente un conjunto de 11 candidatos fuertes para el SARS-CoV-2.
A los 10 días de comenzar el proyecto, los investigadores habían identificado sensores precisos tanto para la nucleocápside como para la proteína de la espiga del virus SARS-CoV-2. Durante ese tiempo, también pudieron incorporar los sensores a un dispositivo prototipo con una punta de fibra óptica que puede detectar los cambios de fluorescencia de la muestra de biofluido en tiempo real. Esto elimina la necesidad de enviar la muestra a un laboratorio, lo que se requiere para la prueba de diagnóstico PCR de referencia para el 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 al de las pruebas rápidas que se comercializan actualmente.
TAMBIÉN DETECTA LA PROTEÍNA DE LA NUCLEOCÁPSIDE DEL SARS-CoV-2
Los investigadores también demostraron que el dispositivo podía detectar la proteína de la nucleocápside del SARS-CoV-2 (pero no la proteína de la espiga) cuando se disolvía en la saliva. La detección de proteínas víricas en la saliva suele ser difícil porque ésta contiene moléculas pegajosas de carbohidratos y enzimas digestivas que interfieren en la detección de proteínas, razón por la cual la mayoría de los diagnósticos de Covid-19 requieren hisopos nasales.
"Este sensor muestra el mayor rango de límite de detección, tiempo de respuesta y compatibilidad con la saliva incluso sin ningún diseño de anticuerpos y receptores --afirma Sooyeon Cho, postdoctorante del MIT, y autor principal junto a Xiaojia Jin, estudiante de posgrado--. Una característica única de este tipo de esquema de reconocimiento molecular es que el diseño y las pruebas rápidas son posibles, sin el obstáculo del tiempo de desarrollo y los requisitos de la cadena de suministro de un anticuerpo convencional o un receptor enzimático".
La rapidez con la que los investigadores fueron capaces de desarrollar un prototipo funcional sugiere que este enfoque podría resultar útil para desarrollar diagnósticos más rápidamente durante futuras pandemias, afirma Strano.
"Somos capaces de pasar de alguien que nos entrega marcadores víricos a un sensor de fibra óptica que funciona en un tiempo extremadamente corto", afirma.
Los sensores que se basan en anticuerpos para detectar proteínas víricas, que constituyen la base de muchas de las pruebas rápidas de Covid-19 disponibles en la actualidad, tardan mucho más en desarrollarse porque el proceso de diseño del anticuerpo proteico adecuado 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 seguir desarrollando la tecnología para que pueda desplegarse rápidamente en respuesta a futuras pandemias.