Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon informan sobre los resultados de una plataforma de biosensores avanzada basada en nanomateriales que detecta, en segundos, anticuerpos específicos contra el SARS-CoV-2, el virus responsable de la pandemia COVID-19. Además de probar, la plataforma ayudará a cuantificar la respuesta inmunológica del paciente a las nuevas vacunas con precisión.

Los resultados fueron publicados esta semana en la revista Materiales avanzados . Los colaboradores de Carnegie Mellon incluyeron la Universidad de Pittsburgh (Pitt) y la UPMC.

La plataforma de prueba identifica la presencia de dos de los anticuerpos del virus, pico S1 proteína y dominio de unión al receptor (RBD), en una gota de sangre muy pequeña (aproximadamente 5 microlitros). Las concentraciones de anticuerpos pueden ser extremadamente bajas y aún detectarse por debajo de un picomolar (0,15 nanogramos por mililitro). Esta detección ocurre a través de una reacción electroquímica dentro de un dispositivo microfluídico portátil que envía los resultados casi de inmediato a una interfaz simple en un teléfono inteligente.

"Utilizamos los últimos avances en materiales y fabricación, como la impresión 3D de nanopartículas para crear un dispositivo que detecta rápidamente los anticuerpos COVID-19, "dijo Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon que utiliza técnicas especializadas de fabricación aditiva para investigaciones que van desde interfaces cerebro-computadora hasta dispositivos de biomonitoreo.

Una tecnología de fabricación aditiva llamada impresión 3D por chorro de aerosol es responsable de la eficiencia y precisión de la plataforma de prueba. Diminuto, Los electrodos micropilares de oro económicos se imprimen a nanoescala utilizando gotas de aerosol que se sinterizan térmicamente juntas. Esto provoca un áspero, superficie irregular que proporciona una mayor superficie de los micropilares y una reacción electroquímica mejorada, donde los anticuerpos pueden adherirse a los antígenos que recubren el electrodo. La geometría específica permite que los micropilares carguen más proteínas para la detección, resultando en muy preciso, resultados rápidos.

La prueba tiene una tasa de error muy baja porque la reacción de unión entre el anticuerpo y el antígeno utilizados en el dispositivo es muy selectiva. Los investigadores pudieron aprovechar este diseño natural en su beneficio.

Los resultados llegan en un momento urgente durante la pandemia de COVID-19. "Debido a que nuestra técnica puede cuantificar la respuesta inmune a la vacunación, es muy relevante en el entorno actual, "Dijo Panat.

Panat colaboró ​​con Shou-Jiang Gao, líder del programa de virología del cáncer en el Hillman Cancer Center de la UPMC y profesor de microbiología y genética molecular en Pitt. Azahar Ali, investigador del Laboratorio de Materiales y Fabricación Avanzada de Panat, fue el autor principal del estudio.

El diagnóstico rápido para el tratamiento y prevención de enfermedades transmisibles es un problema de salud pública que va más allá de la actual pandemia de COVID-19. Debido a que la plataforma de detección propuesta es genérica, se puede utilizar para la detección rápida de biomarcadores de otros agentes infecciosos como el ébola, VIH, y Zika. Una prueba tan rápida y eficaz podría cambiar las reglas del juego para controlar la propagación de enfermedades.