Nuevo sensor para el SARS-CoV-2 y otros virus
Detección de virus mejor y más rápida con membranas de un solo nanoporo
La detección fácil y rápida de los virus es crucial en una pandemia. Basándose en las membranas de nanoporo único de GSI, un equipo interdisciplinario internacional de investigadores desarrolló un método de prueba que detecta el SARS-CoV-2 en la saliva, sin pretratamiento de la muestra, con la misma sensibilidad que una prueba qPCR, y en sólo 2 horas. Además, el sensor puede distinguir los virus corona infecciosos de los no infecciosos, una innovación crucial.
La nanotecnología de rastreo de iones de GSI Materials Research crea un nanoporo altamente sensible.
GSI/FAIR
Mediante la unión de diferentes tecnologías, un equipo interdisciplinar de científicos del Departamento de Investigación de Materiales del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) de Argentina y la Universidad de Illinois de EE.UU., ha desarrollado un sensor de nanoporos de alta sensibilidad que detecta específicamente los virus SARS-CoV-2 y los adenovirus humanos en una variedad de muestras, como la saliva, el suero o las muestras ambientales, como las aguas residuales. El sensor combina dos componentes clave: un nano-canal sensible y moléculas de ADN altamente específicas unidas a la superficie del canal. Según los grupos de investigación, el método es tan preciso como las pruebas de PCR, pero más sencillo y rápido al proporcionar resultados en menos de dos horas. Los resultados se publican en la revista Science Advances.
La tecnología para la fabricación de membranas con nanoporos individuales se ha desarrollado en el GSI durante muchos años. Las películas delgadas de polímero se irradian con un proyectil individual de iones pesados de alta energía (por ejemplo, un ion de oro de 1 GeV) en el acelerador lineal UNILAC. Cuando el ión atraviesa la película, crea un rastro de daño nanoscópico que se convierte en un nanocanal abierto mediante grabado químico. El diámetro preciso y la forma del canal se ajustan mediante los parámetros de grabado. Para este trabajo, se fabricaron nanoporos asimétricos con una pequeña apertura de menos de 50 nanómetros. El pequeño tamaño y la geometría específica garantizan un nivel de sensibilidad especialmente alto para los procesos de transporte a través del canal.
La selectividad del sensor viene dada por un proceso de selección in vitro de fragmentos de ADN, los llamados aptámeros, que se incorporan al nanoporo. Estos aptámeros selectivos no sólo son capaces de reconocer el virus específico, sino que también pueden diferenciar el estado de infectividad del virus. Los aptámeros aquí aplicados fueron desarrollados por Ana Sol Peinetti durante su trabajo como investigadora postdoctoral en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Al estar familiarizada con la tecnología de nanoporos de GSI por su anterior estancia en el grupo de Omar Azzaroni, en el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA, CONICET-UNLP) (Argentina), combinó con éxito ambas tecnologías.
El hecho de que este método pueda distinguir los virus infecciosos de los no infecciosos es una innovación esencial, según los científicos. Las conocidas pruebas de PCR detectan el material genético viral pero no pueden distinguir si una muestra es infecciosa o si una persona es contagiosa. Las únicas pruebas que actualmente pueden detectar los virus infecciosos son los ensayos en placa. Estos requieren una preparación especial y días de incubación antes de ofrecer resultados, mientras que el nuevo sensor de aptámeros y nanoporos ofrece resultados en un plazo de 30 minutos a dos horas y no requiere un tratamiento previo de la muestra.
La lectura del estado de infectividad de un virus no sólo proporciona información sobre si los pacientes son contagiosos o no, sino que también ofrece una forma de averiguar si determinadas estrategias de inactivación funcionan realmente. "Junto con Omar Azzaroni y Ana Sol Peinetti (ahora jefa de grupo en el Instituto de Química, Física de Materiales, Medio Ambiente y Energía, en Buenos Aires), colaboramos en un nuevo proyecto, en el que a partir de este nuevo sensor se probará la eficacia de varios protocolos de inactivación de virus", afirma María Eugenia Toimil-Molares, jefa del grupo de nanotecnología de vías iónicas del GSI.
La tecnología de sensores de nanoporos también tiene un gran potencial más allá de la pandemia de Corona. "Para detectar otros virus, hay que buscar el conjunto de moléculas que sirvan de aptámeros; nuevas moléculas para nuevos virus. Incluso pretendemos obtener aptámeros que puedan discernir entre las distintas variantes del SARS-Cov-2", explica Peinetti. En el artículo, los autores también demuestran la detección de adenovirus humanos infecciosos, responsables de enfermedades respiratorias transmitidas por el agua en todo el mundo.
Más allá de la detección de virus, la tecnología de nanoporos del GSI es la base de otras opciones de sensores. Numerosos grupos de todo el mundo están desarrollando estrategias de funcionalización específicas para impartir funcionalidades selectivas a los sensores de nanoporos. Los nanoporos de las membranas de vía iónica son muy versátiles porque pueden modificarse para responder a muchos cambios externos diferentes, como la temperatura, el pH, la luz, el voltaje o la presencia de especies iónicas, moléculas o fármacos específicos. En los últimos años, se han desarrollado varias plataformas de nanoporos-sensores de alta sensibilidad en colaboración con los colegas del INIFTA. "Nuestra visión es integrar la membrana de nanoporos funcionalizada en un dispositivo portátil para la detección y el diagnóstico rápido y eficaz de virus", afirma Christina Trautmann, directora del Departamento de Investigación de Materiales del GSI.
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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