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    La prueba de laboratorio en un chip tiene el potencial de detectar la respuesta inmune COVID-19 más rápido que las pruebas de anticuerpos actuales

    Crédito:SMU

    Una nueva prueba de anticuerpos que está desarrollando un equipo que incluye a dos investigadores de SMU tiene el potencial de detectar la presencia de anticuerpos generados en respuesta a COVID-19 más rápido y con más precisión que las pruebas de anticuerpos actuales.

    Las pruebas de anticuerpos son clave para ayudar a determinar cuántos casos de coronavirus han pasado desapercibidos y si las personas que han tenido el virus ahora podrían ser inmunes, medidas que pueden ayudar a la comunidad de atención médica a controlar la pandemia de COVID-19 y planificar el futuro. Pero las pruebas de anticuerpos inmunosensores convencionales tienden a ser lentas para mostrar resultados y con frecuencia son inexactas.

    Los investigadores estiman que la prueba de laboratorio en un chip podría detectar respuestas inmunes al coronavirus en dos o tres minutos. con solo una gota de sangre. Los materiales utilizados para crear la prueba son económicos, lo que debería resultar en una producción en masa de bajo costo.

    Ali Beskok y J.-C. Chiao son los investigadores principales detrás de la prueba de laboratorio en un chip.

    Beskok es la Fundación Brown, Inc. Profesor de Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Lyle de SMU. Chiao es la presidenta del centenario de Mary y Richard Templeton y profesora en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de Lyle. Juntos, tienen más de 50 años de experiencia combinada en tecnología de microfluidos y biotecnología.

    Eva Csaky, Director Ejecutivo del Instituto de Ingeniería y Humanidad Hunter y Stephanie Hunt de SMU; Bob Hendler, Director Médico de la Asociación de Hospitales de Texas; y Quan-Zhen Li, Director de UTSW Genomics &Microarray Core Facility, también fueron consultores en el proyecto.

    Para acelerar el desarrollo del dispositivo de laboratorio en un chip para posibles usos clínicos, el equipo está buscando financiación para la investigación.

    Cómo funciona

    La prueba de laboratorio en un chip buscará signos de que el sistema inmunológico de una persona ha respondido en algún momento a la presencia de coronavirus en su cuerpo. Específicamente, detectará IgG humana, IgM, y anticuerpos IgA que se producen cuando alguien está o ha sido infectado con el virus.

    La prueba se realiza aplicando una gota de sangre a un chip de microfluidos que se usa para analizar pequeñas cantidades de líquido. Un filtro incrustado en el microchip extrae el plasma de la muestra de sangre. Luego, el chip se coloca en un instrumento electrónico que utiliza mediciones eléctricas para detectar si hay anticuerpos específicos presentes en el plasma.

    "Nuestro dispositivo contiene electrodos altamente sensibles que pueden capturar específicamente esos anticuerpos específicos. Una vez capturados, se generará una señal a la electrónica adjunta y enviará información al teléfono inteligente del usuario, "Explicó Chiao.

    El chip tiene 2 cm de diámetro, y el dispositivo es lo suficientemente simple como para que aquellos sin formación médica puedan realizar la prueba, Beskok notó.

    ¿Cómo saben estos electrodos, conductores por los que pueden viajar las corrientes eléctricas, que han encontrado un anticuerpo objetivo?

    La unión anticuerpo-antígeno es la clave

    Un antígeno es una proteína que provoca que el sistema inmunológico del cuerpo ataque los virus, bacterias u otros intrusos dañinos para el cuerpo. Los anticuerpos son las proteínas que realmente hacen el trabajo de eliminar a ese intruso uniéndose a los antígenos.

    "Usaremos antígenos COVID-19 como las proteínas Spike (S1 y S2) que se pueden encontrar en la superficie del virus. Estas sobresalen de la membrana del virus, y los anticuerpos se adhieren a estos, ", Dijo Beskok." Estas proteínas de antígeno cubren las superficies de los electrodos como una almohadilla adhesiva, y solo los anticuerpos específicamente emparejados se unirán a estos ".

    Beskok dijo que la misma tecnología se puede usar potencialmente para detectar otras enfermedades que tienen unión conocida de anticuerpo-antígeno.

    "Los potenciales son ilimitados, "Dijo Beskok.

    SMU (Southern Methodist University) ha solicitado una patente provisional de la tecnología detrás de la prueba, que se llama Ensayo Multiplexado para la Respuesta Inmune a COVID-19 (MAIRC).

    Beskok y Anil Koklu, quien obtuvo su Ph.D. en ingeniería mecánica en SMU, Se le ocurrió por primera vez la idea de utilizar un dispositivo "Lab on the Chip" para detectar la malaria y la tuberculosis en 2018.

    Crearon un prototipo temprano de este dispositivo, utilizando electrodos con estructura de nanopilares en forma de celosía creados en la Universidad de Texas en San Antonio. Resultados descritos en la revista Química analítica demostró que el dispositivo inicial detectaba con precisión los anticuerpos IgG en 60 segundos utilizando una pequeña muestra (solo un ng / ml) de antígenos y anticuerpos comprados en el laboratorio.

    Beskok y Chiao cambiaron su enfoque a la detección de anticuerpos COVID-19 una vez que comenzó la pandemia global. Ellos y dos Ph.D. de SMU. Desde entonces, los estudiantes han realizado modificaciones en el dispositivo. Por ejemplo, han realizado cambios en el equipo electrónico que se utiliza para leer el chip, para que la prueba se pueda realizar en cualquier lugar a través de un teléfono inteligente.

    También han agregado un método de detección adicional para medir la cantidad de cada tipo de anticuerpo:IgG, IgM, o IgA — se encuentra en una muestra. Esto permite a los médicos realizar un mejor seguimiento de la recuperación de una persona a COVID-19, Dijo Chiao. Debido al paso de detección adicional, Beskok estima que le tomará de dos a tres minutos a alguien que use pruebas de laboratorio en un chip para la detección de COVID para obtener resultados en su teléfono inteligente.

    El siguiente paso en la investigación será probar la sensibilidad y la especificidad del dispositivo utilizando muestras de plasma humano adquiridas en el laboratorio y enriquecidas con anticuerpos y anticuerpos adquiridos en el laboratorio. Luego, Beskok y Chiao probarán el dispositivo en plasma de pacientes reales con COVID antes de que esté disponible para el público.

    El estándar de oro para las pruebas de anticuerpos es el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas, o ELISA. Estas pruebas requieren que una persona vaya a un laboratorio para que le extraigan sangre, y normalmente tardan dos días en recuperar los resultados.

    "Existen algunas otras técnicas para detectar anticuerpos rápidamente sin utilizar equipos de laboratorio costosos, pero sufren de sensibilidad, precisión, y problemas de coherencia, "Dijo Chiao.

    La precisión y la velocidad del laboratorio en un chip son atribuibles, en parte, a varias innovaciones. Uno de ellos es el uso de flujos electrotérmicos de corriente alterna (ACET) para acercar los anticuerpos del plasma sanguíneo a las superficies del sensor en el chip. para que puedan ser detectados.

    "Una analogía de ACET es esta:piense en usar un ventilador para forzar el aire a pasar por un filtro. El filtro puede capturar más polvo y partículas en el aire de esta manera, "Beskok dijo." De manera similar, ACET permite que los anticuerpos en el plasma sanguíneo sean capturados de manera más eficiente y detectados por nuestro dispositivo ".

    Beskok y Chiao estiman que el costo del instrumento electrónico para leer el chip sería de entre $ 15 y $ 20. El costo del cartucho desechable, que es donde iría una gota de sangre, probablemente sería menos de $ 1.

    "Nuestro objetivo final es crear cuantificables, preciso, rápido, y métodos de diagnóstico económicos basados ​​en la detección de IgG humana, IgM, y anticuerpos IgA. Esto no existe actualmente, y tendría un impacto profundo y significativo en el mundo, dado el efecto devastador que ha tenido esta pandemia de coronavirus, "Dijo Chiao.


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