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la plataforma biosensing impresa 3D del nanoparticle descubre los anticuerpos SARS-CoV-2 dentro de segundos

Los pandémicos causados por los agentes infecciosos nuevos tienen gusto de la neumonía asiática del coronavirus 2 (SARS-CoV-2), del virus de Zika, o de Ebola de salud humana y de las vidas del impacto seriamente mientras que también abruman los sistemas sanitarios por todo el mundo. La detección temprana y la diagnosis permiten el aislamiento de los pacientes infectados y contacto el trazado, que puede atenuar la extensión del virus y salvar vidas, especialmente cuando un número importante de los pacientes es asintomático.

Métodos actuales usados en la detección SARS-CoV-2

Desarrollar los métodos de pruebas baratos y rápidos para la detección temprana de la infección ha sido siempre un reto mientras que se ocupa del pandémico actual COVID-19. Actualmente, dos aproximaciones se están utilizando para la detección de la infección COVID-19.

Primer descubre el genoma viral y utiliza técnicas tales como secuencia genomic, CRISPR, y reacción en cadena cuantitativa en tiempo real de polimerasa de la transcripción reversa (PCR). Mientras que estos métodos son relativamente exactos, son lentos porque hay pasos múltiples implicados en la muestra que tramita, y las muestras necesitan ser expididas a un laboratorio para probar. La exactitud de estos métodos también es afectada por el alto régimen de la mutación en el genoma viral.

Una segunda aproximación implica la detección de los anticuerpos específicos a los antígenos virales usando métodos serológicos tales como immunoensayo lateral y análisis enzima-conectado del inmunosorbente (ELISA) del flujo. Estos análisis tienen un rato de preparación largo de la muestra (0.5-2 horas) y se basan en las proteínas estructurales como la proteína del nucleocapsid (N-proteína) o la proteína del pico (S-proteína). Su sensibilidad es relativamente inferior, y los regímenes falso-positivos son cerca de 5-11%.

Los déficits de ambos métodos de pruebas muestran que hay una necesidad urgente del revelado de un más rápido, un análisis más sensible, y más específico para la detección de la infección SARS-CoV-2.

Los autores dicen, “por lo tanto, hay una necesidad urgente de desarrollar un análisis sensible y específico para la detección rápida de la infección SARS-CoV-2 en cuestión de minutos o si es posible, segundos; idealmente dentro de los días de infección, que podrían determinado ser útiles para las áreas médicamente underserved si un smartphone habilita la lectura.”

Una nueva plataforma rápida de la prueba

En un papel publicado en el medRxiv* del servidor de la prueba preliminar, los investigadores de la universidad del Carnegie Mellon y la universidad de la Facultad de Medicina de Pittsburgh discuten una plataforma biosensing impresa 3D desarrollada recientemente llamada el 3DcC que puede detectar los anticuerpos SARS-CoV-2 dentro de segundos.

El diagrama esquemático del proceso de fabricación del 3D imprimió la viruta de la prueba COVID-19 (3DcC) por la impresión del nanoparticle 3D de la tobera del aerosol
El diagrama esquemático del proceso de fabricación del 3D imprimió la viruta de la prueba COVID-19 (3DcC) por la impresión del nanoparticle 3D de la tobera del aerosol

La plataforma fue desarrollada usando el método de la impresión del nanoparticle 3D de la tobera del aerosol para producir los electrodos micropillar del arsenal del oro, que fue seguido por el functionalization de la inmovilización del rGO y del antígeno en la superficie del electrodo con la ayuda de un EDC: Química de NHS.

Functionalization de la operación impresa 3D del electrodo y del sensor 3DcC de Micropillar.
Functionalization de la operación impresa 3D del electrodo y del sensor 3DcC de Micropillar.

El dispositivo es capaz de descubrir los anticuerpos producidos contra la proteína S1 y el receptor-atar-dominio (RBD) de SARS-CoV-2 en las concentraciones muy inferiores (1pM) usando la espectroscopia electroquímica de la impedancia. Los resultados se pueden leer en una interfaz de usuario Smartphone-basada. Por otra parte, el sensor usado en el dispositivo se puede regenerar hacia adentro bajo minuto en un inferior-pH que enjuague los antígenos de los anticuerpos. Esto permite el usar del mismo sensor para probar muestras múltiples. En este trabajo, dos anticuerpos fueron probados en el plazo de 11,5 segundos.

Caracterización física y química del dispositivo 3DcC
Caracterización física y química del dispositivo 3DcC

Significación de esta plataforma biosensing

En detectar electroquímico, el complejo del anticuerpo-antígeno se descubre con la transducción electroquímica. La especificidad, la sensibilidad, y la velocidad de la detección dependen de la célula electroquímica, de la química superficial de los electrodos, del antígeno, y del tipo de análisis.

Este trabajo dirigido utilizando técnicas avanzadas tales como impresión del nanoparticle 3D para la fabricación microelectrónica y con la transducción electroquímica en la detección rápida de los anticuerpos COVID-19. Combinado con una capacidad de la regeneración y un diseño Smartphone-soportado, la nueva plataforma ofrece una solución rápida, de alta tecnología, y muy necesaria al diagnóstico precoz de COVID-19.

La señal obtenida usando este dispositivo era muy selectiva y repetible. Los anticuerpos producidos contra el pico S1 y los antígenos virales de RBD fueron descubiertos en las concentraciones de hasta sólo 1 P.M. y 1 fM, respectivamente. La regeneración del sensor en menos que un minuto permitió hasta 10 sucesivos, lecturas exactas usando el mismo sensor.

“Estos resultados son altamente encouraging y un dispositivo para el uso del campo, después de juicios humanas apropiadas, tendrá un impacto positivo importante en salud pública y el curso de los pandémicos actuales así como futuros. ”, escriba a los autores.

Este sistema biosensing hará la detección rápida y diagnóstico precoz posibles, así los salvares vidas. Por otra parte, como esta plataforma es genérica, puede encontrar más aplicaciones en descubrir biomarkers específicas a una variedad de otros patógeno tales como VIH, Ebola, y Zika, que le hace un adelanto importante en biotecnología que tenga un impacto muy positivo en salud pública.

Advertencia *Important

el medRxiv publica los partes científicos preliminares que par-no se revisan y, por lo tanto, no se deben mirar como concluyentes, conduce práctica clínica/comportamiento relativo a la salud, o tratado como información establecida.

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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