Una nueva herramienta que utiliza una matriz similar a un bosque de nanotubos de carbono alineados verticalmente que se puede ajustar con precisión para atrapar virus de manera selectiva por su tamaño puede aumentar el umbral de detección de virus y acelerar el proceso de identificación de virus emergentes. La investigación, por un equipo interdisciplinario de científicos en Penn State, se publica en el 7 de octubre, Edición 2016 de la revista Avances de la ciencia .

"Detectar virus en una etapa temprana de una infección antes de que aparezcan los síntomas, o de muestras de campo, es difícil porque la concentración de los virus podría ser muy baja, a menudo por debajo del umbral de los métodos de detección actuales, "dijo Mauricio Terrones, profesor de física, química, y ciencia e ingeniería de materiales en Penn State, y uno de los autores correspondientes de la investigación. "La detección temprana es importante porque un virus puede comenzar a propagarse antes de que tengamos la capacidad de detectarlo. El dispositivo que hemos desarrollado nos permite atrapar y concentrar virus selectivamente por su tamaño, más pequeño que las células y bacterias humanas, pero más grande que la mayoría de las proteínas y otras macromoléculas, en muestras increíblemente diluidas. Además, aumenta nuestra capacidad para detectar pequeñas cantidades de un virus en más de cien veces ".

El equipo de investigación desarrolló y probó una pequeña Dispositivo portátil que aumenta la sensibilidad de la detección de virus atrapando y concentrando virus en una serie de nanotubos de carbono. Las muestras diluidas recolectadas de pacientes o del medio ambiente se pasan a través de un filtro para eliminar partículas grandes como bacterias y células humanas. luego a través de la matriz de nanotubos de carbono en el dispositivo. Los virus quedan atrapados y se acumulan a concentraciones utilizables dentro del bosque de nanotubos, mientras que otras partículas más pequeñas pasan y son eliminadas. El virus concentrado capturado en el dispositivo se puede someter a un panel de pruebas para identificarlo. incluido el diagnóstico molecular por reacción en cadena de la polimerasa (PCR), métodos inmunológicos, aislamiento de virus, y secuenciación del genoma.

"Debido a que nuestro dispositivo aísla y concentra virus únicamente por tamaño, podemos capturar virus de los que no sabemos nada biológicamente; no necesitamos ningún anticuerpo u otra etiqueta molecular, ", dijo Terrones." Una vez que capturamos y concentramos el virus, luego podemos utilizar otras técnicas, como la secuenciación del genoma completo, para caracterizarlo ".

"La mayoría de los brotes virales letales en las últimas dos décadas fueron causados ​​por virus emergentes. Esta tecnología de enriquecimiento de virus basada en el tamaño puede ser particularmente poderosa para la identificación de virus emergentes y el descubrimiento de nuevos virus que no tienen anticuerpos ni información de secuencia disponible, "dijo Si-Yang Zheng, profesor asociado de ingeniería biomédica en Penn State, el otro autor correspondiente en el artículo. "Nuestra nueva tecnología no solo enriquece los virus al menos cien veces, pero también elimina los contaminantes del medio ambiente y del huésped, y permite la identificación directa de virus mediante la secuenciación de próxima generación a partir de muestras recolectadas en el campo sin cultivo de virus ".

Virus, como la influenza, VIH / SIDA, Ébola, y el Zika:pueden causar brotes impredecibles que conducen a graves crisis de salud pública. Las técnicas actualmente disponibles para aislar e identificar los virus que causan estos brotes son lentas, costoso, y utilizar equipos y reactivos que pueden resultar costosos, voluminoso, y requieren almacenamiento especializado. Adicionalmente, muchos brotes recientes han sido causados ​​por virus de reciente aparición para los cuales no existen formas establecidas de aislarlos selectivamente para su identificación y caracterización.

"Desarrollamos la tecnología para hacer crecer un bosque de nanotubos y podemos controlar la distancia entre los troncos, ", dijo Zheng." La distancia entre tubos puede oscilar entre unos 17 nanómetros y más de 300 nanómetros para capturar virus de forma selectiva. Las propiedades únicas del bosque de nanotubos de carbono nos permiten integrarlo en un robusto, escalable y microdispositivo portátil que se puede adaptar para su uso en el campo sin la necesidad de instrumentos voluminosos y almacenamiento especializado de reactivos ".

Los investigadores validaron la capacidad de su dispositivo recientemente desarrollado para capturar virus de muestras diluidas utilizando concentraciones conocidas de virus previamente identificados, así como muestras de campo de virus emergentes y desconocidos. "Desarrollamos una plataforma portátil para enriquecer y aislar virus según su tamaño físico, "dijo Yin-Ting Yeh, investigador postdoctoral en Penn State y primer autor del artículo. "Este enfoque sintonizable basado en el tamaño proporciona un enriquecimiento de virus rápido directamente a partir de muestras de campo sin el uso de anticuerpos. El dispositivo permite la detección temprana de enfermedades emergentes y potencialmente permite el desarrollo de vacunas mucho antes en el proceso de un brote".