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La maschera di protezione novella può diagnosticare Covid-19 in 90 minuti

Gli ingegneri al MIT e la Harvard University hanno progettato una maschera di protezione novella che può diagnosticare l'indossatore con Covid-19 in circa 90 minuti. Le maschere sono incluse con i sensori minuscoli e a perdere che possono essere inseriti in altre maschere di protezione e potrebbero anche adattarsi per individuare altri virus.

I sensori sono basati su macchinario cellulare liofilizzato che il gruppo di ricerca precedentemente ha sviluppato per uso nei sistemi diagnostici di carta per i virus quali Ebola e Zika. In un nuovo studio, i ricercatori hanno indicato che i sensori potrebbero essere incorporati non solo nelle maschere ma anche nell'abbigliamento di protezione quali i cappotti del laboratorio, potenzialmente offrenti un nuovo modo riflettere l'esposizione dei lavoratori di sanità a vari agenti patogeni o ad altre minacce.

Abbiamo dimostrato che possiamo liofilizzare una vasta gamma di sensori sintetici di biologia per individuare gli acidi nucleici virali o batterici come pure prodotti chimici tossici, compreso le tossine del nervo. Prevediamo che questa piattaforma potrebbe permettere ai biosensori portabili di prossima generazione per i primi radar-risponditore, personale di sanità e personale militare.„

James Collins, il professor di Termeer di assistenza tecnica medica e di scienza nell'istituto del MIT per assistenza tecnica medica e di scienza (IMES) e del dipartimento dell'autore senior biologico dello studio e di assistenza tecnica

I sensori della maschera di protezione sono progettati in moda da poterli attivare essi dall'indossatore quando sono pronti ad eseguire la prova ed i risultati video soltanto sull'interno della maschera, per la segretezza dell'utente.

Peter Nguyen, un ricercatore all'istituto del Wyss dell'università di Harvard per assistenza tecnica biologicamente ispirata e Luis Soenksen, un costruttore di impresa alla clinica di Abdul Latif Jameel del MIT per l'apprendimento automatico nella salubrità e un precedente postdoc all'istituto di Wyss, è gli autori principali del documento, che compare in biotecnologia della natura.

Sensori portabili

I nuovi sensori portabili e la maschera di protezione diagnostica sono basati sulla tecnologia che Collins ha cominciato a sviluppare parecchi anni fa. Nel 2014, ha indicato che proteine ed acidi nucleici stati necessarie per creare le reti sintetiche del gene che reagiscono alle molecole specifiche dell'obiettivo potrebbe essere incassato in documento ed ha usato questo approccio per creare i sistemi diagnostici di carta per i virus di Zika e di Ebola. Nel lavoro con il laboratorio di Feng Zhang nel 2017, Collins ha messo a punto un altro sistema senza cellula del sensore, conosciuto come SHERLOCK, che è basato sugli enzimi di CRISPR e permette la rilevazione altamente sensibile degli acidi nucleici.

Queste componenti di circuito senza cellula sono liofilizzate e rimangono stabili per molti mesi, fino a reidratarle essi. Una volta attivate dall'acqua, possono interagire con la loro molecola dell'obiettivo, che può essere tutta la sequenza del DNA o del RNA come pure altri tipi di molecole e producono un segnale quale un cambiamento a colori.

Più recentemente, Collins ed i suoi colleghi hanno cominciato a lavorare ad incorporare questi sensori nei tessuti, con lo scopo di creazione un cappotto del laboratorio per i lavoratori di sanità o degli altri con l'esposizione potenziale agli agenti patogeni.

In primo luogo, Soenksen ha eseguito uno schermo delle centinaia di tipi differenti di fabbricati, da cotone e da poliestere a lana ed a seta, per scoprire che potrebbero essere compatibili con questo genere di sensore. “Abbiamo finito identificando una coppia che sono molto ampiamente usati nell'industria della moda per la fabbricazione degli indumenti,„ lui diciamo. “Quello che era il meglio era una combinazione di poliestere e di altre fibre sintetiche.„

Per fare i sensori portabili, i ricercatori hanno incluso le loro componenti liofilizzate in una piccola sezione di questo fabbricato sintetico, in cui sono circondati da un anello dell'elastomero di silicone. Questa compartimentalizzazione impedisce il campione l'evaporazione o la diffusione a partire dal sensore. Per dimostrare la tecnologia, i ricercatori hanno creato un rivestimento incassato con circa 30 di questi sensori.

Hanno indicato che una piccola spruzzata di liquido che contiene le particelle virali, imitante l'esposizione ad un paziente infettato, può idratare le componenti liofilizzate delle cellule ed attivare il sensore. I sensori possono essere destinati per produrre i tipi differenti di segnali, compreso un cambiamento di colore che può essere veduto ad occhio nudo, o un segnale fluorescente o luminescente, che può essere letto con uno spettrometro tenuto in mano. I ricercatori egualmente hanno progettato uno spettrometro portabile che potrebbe essere integrato nel fabbricato, in cui può leggere i risultati e senza fili trasmetterli ad un dispositivo mobile.

“Questo vi dà un ciclo di feedback di informazioni che può riflettere la vostra esposizione ambientale ed avvisare voi ed altri circa l'esposizione e dove è accaduto,„ Nguyen dice.

Una maschera di protezione diagnostica

Poichè i ricercatori stavano rifinendo presto sul loro lavoro sui sensori portabili nel 2020, Covid-19 ha cominciato a spargersi intorno al globo, in modo da hanno deciso rapidamente di provare a usando la loro tecnologia per creare un sistema diagnostico per il virus SARS-CoV-2.

Per produrre la loro maschera di protezione diagnostica, i ricercatori incassati hanno liofilizzato i sensori di SHERLOCK in una maschera di carta. Come con i sensori portabili, le componenti liofilizzate sono circondate dall'elastomero di silicone. In questo caso, i sensori sono collocati sull'interno della maschera, in modo da possono individuare le particelle virali nel respiro della persona che indossa la maschera.

La maschera egualmente include un piccolo bacino idrico dell'acqua che è rilasciata alla spinta di un bottone quando l'indossatore è pronto ad eseguire la prova. Ciò idrata le componenti liofilizzate del sensore SARS-CoV-2, che analizza le goccioline accumulate del respiro sull'interno della maschera e fornisce un risultato in 90 minuti.

“Questa prova è sensibile quanto il sistema monetario aureo, prove altamente sensibili di PCR, ma è velocemente come le prove dell'antigene che sono usate per l'analisi rapida di Covid-19,„ Nguyen dice.

I prototipi sviluppati in questo studio hanno i sensori sull'interno della maschera per individuare lo stato di un utente come pure sensori collocati sull'esterno degli indumenti, per individuare l'esposizione dall'ambiente. I ricercatori possono anche operazione swap dentro i sensori per altri agenti patogeni, compresi influenza, Ebola e Zika, o sensori che si sono sviluppati per individuare i gas nervini dell'organofosfato.

“Con queste dimostrazioni che essenzialmente ci siamo restretti giù la funzionalità degli impianti prove molecolari avanzati in un formato compatibile con gli scenari portabili attraverso varie applicazioni,„ Soenksen dice.

I ricercatori file per un brevetto sulla tecnologia ed ora stanno sperando di lavorare con una società più ulteriormente per sviluppare i sensori. La maschera di protezione è più probabile la prima applicazione che potrebbe essere messa a disposizione, Collins dice.

“Penso che la maschera di protezione sia probabilmente il più avanzato ed il più vicino ad un prodotto. Già abbiamo avuti molto interesse dai gruppi esterni che vorrebbero catturare gli sforzi che del prototipo abbiamo ed avanzarli ad un approvato, prodotto di marketing,„ dice.