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a plataforma biosensing impressa 3D do nanoparticle detecta os anticorpos SARS-CoV-2 dentro dos segundos

As pandemias causadas por agentes infecciosos novos gostam da Síndrome Respiratória Aguda Grave do coronavirus 2 (SARS-CoV-2), do vírus de Zika, ou de Ebola de saúde humana e das vidas do impacto seriamente ao igualmente oprimir sistemas de saúde pelo mundo inteiro. A detecção atempada e o diagnóstico permitem o isolamento dos pacientes contaminados e contactam o seguimento, que pode abrandar a propagação do vírus e salvar vidas, especialmente quando um número significativo dos pacientes é assintomático.

Métodos actuais usados na detecção SARS-CoV-2

Desenvolver os métodos de teste baratos e rápidos para a detecção atempada de infecção foi sempre um desafio ao tratar a pandemia COVID-19 actual. Presentemente, duas aproximações estão sendo usadas para a detecção da infecção COVID-19.

Primeiro detecta o genoma viral e usa técnicas tais como arranjar em seqüência genomic, CRISPR, e a reacção em cadeia quantitativa da polimerase do tempo real reverso da transcrição (PCR). Quando estes métodos forem relativamente exactos, são lentos porque há umas etapas múltiplas envolvidas na amostra que processa, e as amostras precisam de ser enviadas a um laboratório para testar. A precisão destes métodos é afectada igualmente pela taxa alta da mutação no genoma viral.

Uma segunda aproximação envolve a detecção de anticorpos específicos aos antígenos virais usando métodos serological tais como o immunoassay lateral do fluxo e o ensaio enzima-ligado da imunoabsorção (ELISA). Estes ensaios têm uma estadia de preparação longa da amostra (0.5-2 horas) e são baseados em proteínas estruturais como a proteína do nucleocapsid (N-proteína) ou a proteína do ponto (S-proteína). Sua sensibilidade é relativamente baixa, e as taxas do falso positivo são aproximadamente 5-11%.

Os défices de ambos os métodos de teste mostram que há uma necessidade urgente para a revelação de um mais rápido, um ensaio mais sensível, e mais específico para a detecção da infecção SARS-CoV-2.

Os autores dizem, “daqui, há uma necessidade urgente de desenvolver dentro de minutos um ensaio sensível e específico para a detecção rápida da infecção SARS-CoV-2 ou se possível, segundos; idealmente dentro dos dias da infecção, que poderiam particularmente ser úteis para áreas medicamente underserved se um smartphone permite o readout.”

Uma plataforma rápida nova do teste

Em um papel publicado no medRxiv* do server da pré-impressão, os pesquisadores da universidade do Carnegie Mellon e a universidade da Faculdade de Medicina de Pittsburgh discutem uma plataforma biosensing impressa 3D recentemente desenvolvido chamada o 3DcC que pode detectar os anticorpos SARS-CoV-2 dentro dos segundos.

O diagrama esquemático do processo de manufactura do 3D imprimiu a microplaqueta do teste COVID-19 (3DcC) pela impressão do nanoparticle 3D do jato do aerossol
O diagrama esquemático do processo de manufactura do 3D imprimiu a microplaqueta do teste COVID-19 (3DcC) pela impressão do nanoparticle 3D do jato do aerossol

A plataforma foi desenvolvida usando o método da impressão do nanoparticle 3D do jato do aerossol para produzir os eléctrodos micropillar da disposição do ouro, que foi seguido pelo functionalization da imobilização do rGO e do antígeno na superfície do eléctrodo com a ajuda de um EDC: Química do NHS.

Functionalization da operação impressa 3D do eléctrodo e do sensor 3DcC de Micropillar.
Functionalization da operação impressa 3D do eléctrodo e do sensor 3DcC de Micropillar.

O dispositivo é capaz de detectar os anticorpos produzidos contra a proteína S1 e o receptor-ligar-domínio (RBD) de SARS-CoV-2 nas concentrações muito baixas (1pM) que usam a espectroscopia electroquímica da impedância. Os resultados podem ser lidos em uma interface de utilizador Smartphone-baseada. Além disso, o sensor usado no dispositivo pode ser regenerado dentro sob uma acta em um baixo-pH que elutes os antígenos dos anticorpos. Isto reserva usar o mesmo sensor para testar amostras múltiplas. Neste trabalho, dois anticorpos foram testados dentro de 11,5 segundos.

Caracterização física e química do dispositivo 3DcC
Caracterização física e química do dispositivo 3DcC

Significado desta plataforma biosensing

Na detecção electroquímica, o complexo do anticorpo-antígeno é detectado com a transdução electroquímica. A especificidade, a sensibilidade, e a velocidade da detecção dependem da pilha electroquímica, da química de superfície dos eléctrodos, do antígeno, e do tipo de ensaio.

Este trabalho visado utilizando técnicas avançadas tais como a impressão do nanoparticle 3D para a fabricação micro-electrónica e usando a transdução electroquímica na detecção rápida dos anticorpos COVID-19. Combinado com uma capacidade da regeneração e um projecto Smartphone-apoiado, a plataforma nova oferece um rapid, uma olá!-tecnologia, e uma solução tão necessária ao diagnóstico adiantado de COVID-19.

O sinal obtido usando este dispositivo era muito selectivo e repetível. Os anticorpos produzidos contra o ponto S1 e os antígenos virais de RBD foram detectados nas concentrações tão baixas quanto 1 pM e 1 fM, respectivamente. A regeneração do sensor em menos do que uma acta permitiu até 10 sucessivos, leituras exactas usando o mesmo sensor.

“Estes resultados são altamente encorajadores e um dispositivo para o uso do campo, após experimentações humanas apropriadas, terá um impacto positivo significativo na saúde pública e o curso das pandemias actuais assim como futuras. ”, escreva os autores.

Este sistema biosensing tornará a detecção rápida e diagnóstico adiantado possíveis, assim salvares vidas. Além disso, como esta plataforma é genérica, pode encontrar mais usos em detectar biomarkers específicos a uma variedade de outros micróbios patogénicos tais como o VIH, o Ebola, e o Zika, que lhe faz um avanço significativo na biotecnologia que tem um impacto muito positivo na saúde pública.

Observação *Important

o medRxiv publica os relatórios científicos preliminares que par-não são revistos e, não devem conseqüentemente ser considerados como conclusivos, guia a prática clínica/comportamento saúde-relacionado, ou tratado como a informação estabelecida.

Journal reference:
  • Sensing of COVID-19 Antibodies in Seconds via Aerosol Jet Printed Three Dimensional Electrodes Md Azahar Ali, Chunshan Hu, Sanjida Jahan, Bin Yuan, Mohammad Sadeq Saleh, Enguo Ju, Shou-Jiang Gao, Rahul P Panat medRxiv 2020.09.13.20193722; doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.13.20193722
Susha Cheriyedath

Written by

Susha Cheriyedath

Susha has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Chemistry and Master of Science (M.Sc) degree in Biochemistry from the University of Calicut, India. She always had a keen interest in medical and health science. As part of her masters degree, she specialized in Biochemistry, with an emphasis on Microbiology, Physiology, Biotechnology, and Nutrition. In her spare time, she loves to cook up a storm in the kitchen with her super-messy baking experiments.

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