Los ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han recibido fondos federales para una prueba rápida de COVID-19 utilizando una tecnología recientemente desarrollada.

Srikanth Singamaneni, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, y su equipo han desarrollado una biosensor de alta sensibilidad y precisión basado en una nanoprobe fluorescente ultrabrillante, que tiene el potencial de desplegarse ampliamente.

Llamado plasmónico-fluor, la nanoprobe fluorescente ultrabrillante también puede ayudar en condiciones de recursos limitados porque requiere menos instrumentos complejos para leer los resultados.

Singamaneni plantea la hipótesis de que su biosensor plasmónico a base de flúor será 100 veces más sensible en comparación con el método convencional de detección de anticuerpos contra el SARS-CoV-2. Una mayor sensibilidad permitiría a los médicos e investigadores encontrar más fácilmente los casos positivos y disminuir la posibilidad de falsos negativos.

El flúor plasmónico funciona aumentando la señal de fluorescencia al ruido de fondo. Imagínese tratando de atrapar luciérnagas afuera en un día soleado. Podrías obtener uno o dos, pero contra el resplandor del sol, esos pequeños cabrones son difíciles de ver. ¿Y si esas luciérnagas tuvieran un brillo similar al de una linterna de alta potencia?

Plasmonic-fluor aumenta eficazmente el brillo de las etiquetas fluorescentes utilizadas en una variedad de métodos de biodetección y bioimagen. Además de las pruebas de COVID-19, potencialmente podría usarse para diagnosticar, por ejemplo, que una persona ha tenido un ataque cardíaco midiendo los niveles de moléculas relevantes en muestras de sangre u orina.

Usando plasmonic-fluor, que se compone de nanopartículas de oro recubiertas con tintes convencionales, los investigadores han podido lograr hasta un 6, Nanoetiqueta fluorescente 700 veces más brillante en comparación con los tintes convencionales, que potencialmente puede conducir a un diagnóstico precoz. Usando esta nanoetiqueta como una linterna ultrabrillante, han demostrado la detección de cantidades extremadamente pequeñas de biomoléculas diana en biofluidos e incluso moléculas presentes en las células.

El estudio fue publicado en la edición del 20 de abril de Ingeniería Biomédica de la Naturaleza .

Las nanopartículas de oro sirven como balizas

En investigación biomédica y laboratorios clínicos, la fluorescencia se utiliza como baliza para ver y seguir biomoléculas objetivo con precisión. Es una herramienta extremadamente útil, pero no es perfecto.

"El problema de la fluorescencia es, en muchos casos, no es lo suficientemente intenso, ", Dijo Singamaneni. Si la señal fluorescente no es lo suficientemente fuerte como para destacarse sobre las señales de fondo, como luciérnagas contra el resplandor del sol, los investigadores pueden no ver algo menos abundante pero importante.

"Aumentar el brillo de una nanoetiqueta es un gran desafío, "dijo Jingyi Luan, autor principal del artículo. Pero aquí, es la nanopartícula de oro que se encuentra en el centro del fluor plasmónico la que realmente hace el trabajo de convertir eficientemente las luciérnagas en linternas, por así decirlo. La nanopartícula de oro actúa como antena, Absorbe y dispersa fuertemente la luz. Esa luz altamente concentrada se canaliza hacia el fluoróforo colocado alrededor de la nanopartícula. Además de centrar la luz, las nanopartículas aceleran la tasa de emisión de los fluoróforos. Tomados en conjunto, estos dos efectos aumentan la emisión de fluorescencia.

Esencialmente, cada fluoróforo se convierte en una baliza más eficiente, y los 200 fluoróforos que se encuentran alrededor de la nanopartícula emiten una señal que es igual a 6, 700 fluoróforos.

Además de detectar pequeñas cantidades de moléculas, El tiempo de detección se puede acortar utilizando plasmón-fluor, ya que las balizas más brillantes significan que se necesitan menos proteínas capturadas para determinar su presencia.

Los investigadores también han demostrado que el fluor plasmónico permite la detección de múltiples proteínas simultáneamente. Y en citometría de flujo, El efecto de brillo del plasmonic-fluor permite una medición más precisa y sensible de las proteínas en la superficie celular. cuya señal puede haber sido enterrada en el ruido de fondo utilizando el etiquetado fluorescente tradicional.

Ha habido otros esfuerzos para mejorar el etiquetado fluorescente en imágenes, pero muchos requieren el uso de una plataforma de medición y flujo de trabajo completamente nueva. Además de la capacidad del plasmonic-fluor para aumentar en gran medida la sensibilidad y disminuir el tiempo de detección, no requiere ningún cambio en las herramientas o técnicas de laboratorio existentes.

La tecnología ha sido licenciada a Auragent Bioscience LLC por la Oficina de Gestión de Tecnología de la Universidad de Washington. Auragent está en proceso de desarrollo y ampliación de la producción de flúores plasmónicos para su comercialización.