La nueva prueba COVID-19 utiliza un microscopio de teléfono inteligente para analizar rápidamente muestras de saliva



Investigadores de la Universidad de Arizona están desarrollando un método de prueba de COVID-19 que utiliza un microscopio de teléfono inteligente para analizar muestras de saliva y obtener resultados en aproximadamente 10 minutos.

El equipo de investigación de UArizona, dirigido por el profesor de ingeniería biomédica Jeong-Yeol Yoon, tiene como objetivo combinar la velocidad del hisopo nasal existente antígeno pruebas con la alta precisión de las pruebas de PCR con hisopo nasal o reacción en cadena de la polimerasa. Los investigadores están adaptando un método económico que crearon originalmente para detectar norovirus, el microbio famoso por propagarse en los cruceros, utilizando un microscopio de teléfono inteligente.

Planean utilizar el método junto con una prueba de gárgaras con saliva desarrollada por Michael Worobey, jefe del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de Arizona y director asociado del Instituto BIO5 de la Universidad de Arizona.

La última investigación del equipo con muestras de agua, realizada en colaboración con Kelly A. Reynolds, presidenta del Departamento de Comunidad, Medio Ambiente y Política de la UArizona Mel and Enid Zuckerman College of Public Health, se publica hoy en Protocolos de la naturaleza.

Lo hemos delineado para que otros científicos puedan básicamente repetir lo que hicimos y crear un dispositivo de detección de norovirus. Nuestro objetivo es que si desea adaptarlo para otra cosa, como lo hemos adaptado para COVID-19, tenga todos los ingredientes que necesita para hacer básicamente su propio dispositivo “.

Lane Breshears, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica

Yoon, miembro del Instituto BIO5 que también es profesor de ingeniería de biosistemas, ciencias biomédicas comparativas y animales, y química y bioquímica, está trabajando con un gran grupo de estudiantes de pregrado y posgrado para desarrollar el método de detección de COVID-19 basado en teléfonos inteligentes.

“Tengo un par de amigos que tenían COVID-19 que estaban muy frustrados, porque sus resultados de PCR tardaban seis o siete días o estaban obteniendo falsos negativos de las pruebas rápidas de antígenos. Pero cuando se hicieron las últimas pruebas de PCR, se enteraron habían estado enfermos, como sospechaban “, dijo Katie Sosnowski, una estudiante de doctorado en ingeniería biomédica que trabaja en el laboratorio de Yoon. “Es genial trabajar en una plataforma de detección que puede obtener resultados rápidos que también son precisos”.

Detección más barata y sencilla

Los métodos tradicionales para la detección de norovirus u otros patógenos suelen ser costosos, implican una gran cantidad de equipos de laboratorio o requieren conocimientos científicos. La prueba de norovirus basada en teléfonos inteligentes desarrollada en UArizona consiste en un teléfono inteligente, un microscopio simple y un trozo de papel microfluídico, un papel recubierto de cera que guía la muestra líquida para que fluya a través de canales específicos. Es más pequeño y más barato que otras pruebas, y los componentes cuestan alrededor de $ 45.

La base de la tecnología, descrita en un artículo de 2019 publicado en la revista ACS Omega, es relativamente simple. Los usuarios introducen anticuerpos con perlas fluorescentes en una muestra de agua potencialmente contaminada. Si hay suficientes partículas del patógeno en la muestra, varios anticuerpos se unen a cada partícula del patógeno. Bajo un microscopio, las partículas de patógenos aparecen como pequeños grupos de perlas fluorescentes, que el usuario puede luego contar. El proceso (agregar perlas a la muestra, empapar un trozo de papel en la muestra, luego tomar una fotografía con un teléfono inteligente bajo un microscopio y contar las perlas) toma alrededor de 10 a 15 minutos. Es tan simple que Yoon dice que un no científico podría aprender cómo hacerlo viendo un breve video.

La versión de la tecnología descrita en el Protocolos de la naturaleza el papel realiza mejoras adicionales, como la creación de una carcasa impresa en 3D para el accesorio del microscopio y el chip de papel microfluídico. El documento también presenta un método llamado umbralización adaptativa. Anteriormente, los investigadores establecían un valor fijo para la cantidad de patógeno que constituía un peligro, lo que limitaba los niveles de precisión. La nueva versión utiliza inteligencia artificial para establecer el umbral de peligro y tener en cuenta las diferencias ambientales, como el tipo de teléfono inteligente y la calidad del papel.

Impacto en el campus

Los investigadores planean asociarse con instalaciones de prueba en la Universidad de Arizona para ajustar su método a medida que lo adaptan para la detección de COVID-19. A la espera de la aprobación de la junta de revisión institucional de la universidad, los estudiantes que ya están siendo evaluados en el campus a través de otros métodos tendrán la opción de proporcionar un consentimiento por escrito para que su muestra se ejecute también a través del dispositivo de prueba basado en teléfonos inteligentes. En última instancia, los investigadores prevén distribuir el dispositivo a los centros del campus para que la persona promedio, como un asistente residente en un dormitorio, pueda analizar muestras de saliva de grupos de personas.

“La adaptación de un método diseñado para detectar el norovirus, otro patógeno altamente contagioso, es un ejemplo sobresaliente de cómo nuestros investigadores giran frente a la pandemia”, dijo el presidente de la Universidad de Arizona, Robert C. Robbins. “Esta tecnología prometedora podría permitirnos proporcionar pruebas rápidas, precisas y asequibles a la comunidad del campus con frecuencia y facilidad. Esperamos que sea una parte habitual de nuestra estrategia de ‘Prueba, rastreo, tratamiento’ y que tenga un impacto más amplio para mitigar la propagación de la enfermedad “.

Yoon y su equipo también están trabajando en otra idea, basada en un artículo de 2018 que publicaron en Química: una revista europea, que es aún más simple pero deja un poco más de margen de error. Implica la misma tecnología, pero en lugar de un microscopio de teléfono inteligente y un gabinete especialmente diseñado, los usuarios solo necesitarían descargar una aplicación de teléfono inteligente y usar un chip de microfluidos estampado con un código QR.

“A diferencia de la técnica del microscopio fluorescente, en la que se coloca el chip en la posición correcta, solo se toma una instantánea del chip”, dijo el estudiante de maestría en ingeniería biomédica Pat Akarapipad. “No importa el ángulo o la distancia desde la que se tome la foto, la aplicación del teléfono inteligente puede usar IA y el código QR para tener en cuenta las variaciones y ejecutar los cálculos en consecuencia”.

El método no requiere capacitación, por lo que, si se perfecciona, podría permitir a los estudiantes recoger chips de microfluidos de la ubicación del campus y probar sus propias muestras. El equipo también está trabajando con otros miembros del grupo de pruebas COVID-19 de la universidad, incluido Deepta Bhattacharya, profesor asociado en el Departamento de Inmunobiología.

Fuente:

Referencia de la revista:

Chung, S., et al. (2021) Detección de norovirus en muestras de agua al nivel de copias de virus individuales por microlitro utilizando un microscopio de fluorescencia basado en teléfonos inteligentes. Protocolos de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41596-020-00460-7.

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