Un nuevo biosensor para el virus COVID-19
Detección en el medio ambiente
Un equipo de investigadores de Empa, ETH Zurich y el Hospital Universitario de Zurich ha logrado desarrollar un novedoso sensor para detectar el nuevo coronavirus. En el futuro podría utilizarse para medir la concentración del virus en el medio ambiente, por ejemplo en lugares donde hay muchas personas o en los sistemas de ventilación de los hospitales.
Un nuevo sensor óptico podría utilizarse para medir las concentraciones del virus en lugares muy frecuentados.
Matryx, pixabay.com, CC0
Jing Wang y su equipo en Empa y ETH Zurich suelen trabajar en la medición, análisis y reducción de contaminantes en el aire como aerosoles y nanopartículas producidas artificialmente. Sin embargo, el reto al que se enfrenta todo el mundo en la actualidad también está cambiando los objetivos y estrategias de los laboratorios de investigación. El nuevo enfoque: un sensor que puede detectar de manera rápida y fiable el SARS-CoV-2 - el nuevo coronavirus.
Pero la idea no está tan alejada del trabajo de investigación anterior del grupo: incluso antes de que el COVID-19 comenzara a difundirse, primero en China y luego en todo el mundo, Wang y sus colegas estaban investigando sensores que pudieran detectar bacterias y virus en el aire. Ya en enero, nació la idea de usar esta base para desarrollar aún más el sensor de tal manera que pudiera identificar de forma fiable un virus específico. El sensor no reemplazará necesariamente las pruebas de laboratorio establecidas, pero podría ser utilizado como un método alternativo para el diagnóstico clínico, y más prominentemente para medir la concentración de virus en el aire en tiempo real: Por ejemplo, en lugares concurridos como estaciones de tren u hospitales.
Se necesitan urgentemente pruebas rápidas y fiables del nuevo coronavirus para controlar la pandemia lo antes posible. La mayoría de los laboratorios utilizan un método molecular llamado reacción en cadena de la polimerasa de transcripción inversa, o RT-PCR para abreviar, para detectar virus en las infecciones respiratorias. Este método está bien establecido y puede detectar incluso una cantidad ínfima de virus, pero al mismo tiempo puede llevar mucho tiempo y ser propenso a errores.
Un sensor óptico para muestras de ARN
Jing Wang y su equipo han desarrollado un método de prueba alternativo en forma de un biosensor óptico. El sensor combina dos efectos diferentes para detectar el virus de forma segura y fiable: uno óptico y otro térmico.
El sensor se basa en minúsculas estructuras de oro, las llamadas nanoislas de oro, en un sustrato de vidrio. Los receptores de ADN producidos artificialmente que coinciden con secuencias específicas de ARN del SARS-CoV-2 se injertan en las nanoislas. El coronavirus es el llamado virus ARN: Su genoma no consiste en una doble cadena de ADN como en los organismos vivos, sino en una sola cadena de ARN. Los receptores en el sensor son por lo tanto las secuencias complementarias a las secuencias únicas de ARN del virus, que pueden identificar el virus de forma fiable.
La tecnología que los investigadores utilizan para la detección se denomina LSPR, abreviatura de resonancia plasmónica superficial localizada. Se trata de un fenómeno óptico que se produce en las nanoestructuras metálicas: Cuando se excitan, modulan la luz incidente en un rango de longitud de onda específico y crean un campo cercano plasmónico alrededor de la nanoestructura. Cuando las moléculas se unen a la superficie, el índice de refracción local dentro del campo cercano plasmónico excitado cambia. Un sensor óptico situado en la parte posterior del sensor puede utilizarse para medir este cambio y determinar así si la muestra contiene las cadenas de ARN en cuestión.
El calor aumenta la fiabilidad
Sin embargo, es importante que sólo se capturen aquellas cadenas de ARN que coincidan exactamente con el receptor de ADN del sensor. Aquí es donde un segundo efecto entra en juego en el sensor: el efecto fototérmico plasmónico (PPT). Si la misma nanoestructura del sensor es excitada con un láser de cierta longitud de onda, produce calor localizado.
¿Y cómo ayuda esto a la fiabilidad? Como ya se ha mencionado, el genoma del virus consiste en una sola cadena de ARN. Si esta cadena encuentra su contraparte complementaria, las dos se combinan para formar una cadena doble, un proceso llamado hibridación. La contrapartida - cuando una doble cadena se divide en cadenas simples - se llama fusión o desnaturalización. Esto ocurre a una cierta temperatura, la temperatura de fusión. Sin embargo, si la temperatura ambiente es mucho más baja que la temperatura de fusión, las hebras que no son complementarias entre sí también pueden conectarse. Esto podría conducir a resultados de pruebas falsos. Si la temperatura ambiente es sólo ligeramente inferior a la temperatura de fusión, sólo pueden unirse las hebras complementarias. Y este es exactamente el resultado del aumento de la temperatura ambiente, que es causado por el efecto PPT.
Para demostrar la fiabilidad con la que el nuevo sensor detecta el actual virus COVID-19, los investigadores lo probaron con un virus muy relacionado: el SARS-CoV. Este es el virus que estalló en 2003 y desencadenó la pandemia de SARS. Los dos virus, el SARS-CoV y el SARS-CoV2, difieren sólo ligeramente en su ARN. Y la validación fue exitosa: "Las pruebas mostraron que el sensor puede distinguir claramente entre las secuencias de ARN muy similares de los dos virus", explica Jing Wang. Y los resultados están listos en cuestión de minutos.
Por el momento, sin embargo, el sensor no está todavía listo para medir la concentración del virus corona en el aire, por ejemplo en la principal estación de tren de Zurich. Para ello se necesitan todavía varios pasos de desarrollo, por ejemplo, un sistema que aspire el aire, concentre los aerosoles en él y libere el ARN de los virus. "Esto todavía necesita trabajo de desarrollo", dice Wang. Pero una vez que el sensor esté listo, el principio podría aplicarse a otros virus y ayudar a detectar y detener las epidemias en una etapa temprana.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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