El calentamiento infrarrojo de nanopartículas plasmónicas facilita la PCR cuantitativa de transcriptasa inversa multiplexada para la detección rápida de SARS-CoV-2. Crédito:Abigail Ayers y Nicoletta Barolini/Columbia Engineering,
Durante más de 30 años, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ha sido el estándar de oro en las pruebas de diagnóstico molecular, detectando material genético, como el de un virus o del ADN humano. Pero la PCR, incluida la reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa (RT-PCR), se realiza principalmente en grandes laboratorios centralizados, no en entornos de punto de atención (POC), porque su instrumentación es voluminosa, costosa y toma mucho tiempo para obtener resultados. , y requiere técnicos capacitados para ejecutarlo. Estas limitaciones han provocado una escasez de diagnósticos POC precisos, así como cuellos de botella en los resultados de las pruebas, particularmente durante la pandemia de COVID-19.
Investigadores de Columbia Engineering y Rover Diagnostics anunciaron hoy que han creado una plataforma de RT-PCR que brinda resultados en 23 minutos que coinciden con las pruebas de laboratorio más largas, más rápido que otras pruebas de PCR en el mercado. Se puede adaptar para detectar una amplia gama de enfermedades infecciosas, incluidos no solo el COVID-19, sino también la gripe, la faringitis y otros virus que requieren un diagnóstico rápido. Su sensibilidad específica es más alta que otros tipos de pruebas, como isotérmica, de antígeno y CRISPR. Y, con solo dos libras, el Rover PCR es fácil de transportar y puede ser utilizado por cualquier persona.
"Nuestro objetivo era crear una plataforma que se pueda usar en lugares donde los resultados rápidos son críticos, en farmacias, centros de transporte, eventos públicos y en empresas que evalúan a los empleados que regresan al trabajo", dijo Sam Sia, profesor de ingeniería biomédica y Vicerrector del Cuarto Propósito e Impacto Estratégico de Columbia.
El sistema fue desarrollado conjuntamente con Rover Diagnostics, una empresa emergente de biotecnología cofundada en 2018 por Sia y el empresario tecnológico en serie Mark Fasciano, director ejecutivo de Rover. La plataforma utiliza técnicas de preparación de muestras desarrolladas en el laboratorio de Sia, combinadas con un nuevo enfoque de ciclos térmicos, evitando el enfoque estándar del dispositivo Peltier, que calienta la muestra desde el exterior del vial. En cambio, el sistema de Rover utiliza un proceso fototérmico (termociclado plasmónico) que se basa en nanopartículas irradiadas por la luz para generar rápidamente calor desde el interior.
Flujo de trabajo de muestra a resultado de RT-qPCR para la detección rápida de SARS-CoV-2, incluida la preparación simple de muestras sin extracción con un cartucho personalizado. Los resultados se logran en 23 minutos de termociclado, facilitado por el calentamiento plasmónico de nanopartículas de oro y el monitoreo de fluorescencia multiplexado en tiempo real. Crédito:Abigail Ayers y Yuhang Hu/Columbia Engineering
El equipo realizó con éxito la PCR cuantitativa con transcriptasa inversa (RT-qPCR) en un recipiente de reacción que contenía todos los reactivos de la PCR. qPCR es la técnica de laboratorio estándar de oro actual para identificar la infección por COVID. La técnica proporciona la cuantificación de unidades infecciosas, pero también plantea una serie de obstáculos para la miniaturización en el punto de atención (POC).
En el estudio publicado hoy en Nature Nanotechnology , los investigadores abordaron estos desafíos aprovechando las nanopartículas plasmónicas (partículas metálicas discretas que responden a la luz infrarroja liberando calor) para lograr RT-qPCR multiplexada y en tiempo real en muestras clínicas.
"Esto realmente debería impulsar la entrega de diagnósticos clínicos moleculares rápidos y precisos en entornos descentralizados", dijo Fasciano, un científico informático convertido en empresario de software y biotecnología. "El ciclo térmico, tan crítico para las pruebas de ADN y ARN, ahora se puede acelerar y los médicos y pacientes no tendrán que esperar tanto para obtener resultados".
El equipo de Rover avanza con un producto comercial que puede detectar COVID-19, sus variantes y otras enfermedades infecciosas. La prometedora tecnología de prueba rápida de COVID-19 entra en la fase 1 del desafío NIH
