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La mascarilla nueva puede diagnosticar Covid-19 en 90 minutos

Los ingenieros en el MIT y la Universidad de Harvard han diseñado una mascarilla nueva que puede diagnosticar al portador con Covid-19 en más o menos de 90 minutos. Las máscaras se embuten con los sensores minúsculos, disponibles que se pueden ajustar en otras mascarillas y se podrían también adaptar para descubrir otros virus.

Los sensores se basan en la maquinaria celular liofilizada que el equipo de investigación ha desarrollado previamente para el uso en los diagnósticos de papel para los virus tales como Ebola y Zika. En un nuevo estudio, los investigadores mostraron que los sensores se podrían incorporar en no sólo mascarillas pero también ropa tal como cubiertas del laboratorio, potencialmente ofreciendo una nueva manera de vigilar la exposición de los trabajadores de la atención sanitaria a una variedad de patógeno o a otras amenazas.

Hemos demostrado que podemos liofilizar una amplia gama de sensores sintetizados de la biología para descubrir los ácidos nucléicos virales o bacterianos, así como las substancias químicas tóxicas, incluyendo las toxinas del nervio. Prevemos que esta plataforma podría habilitar los biosensores usables de la siguiente-generación para los primeros respondedores, personales de atención sanitaria, y personal militar.”

James Collins, el profesor de Termeer de la ingeniería médica y de la ciencia en el instituto del MIT para la ingeniería médica y de la ciencia (IMES) y del departamento del autor mayor biológico de la ingeniería y del estudio

Se diseñan los sensores de la mascarilla para poderlos activar por el portador cuando están listos para realizar la prueba, y los resultados se visualizan solamente en el interior de la máscara, para la aislamiento del utilizador.

Peter Nguyen, científico de la investigación en el instituto de Wyss de la Universidad de Harvard para la ingeniería biológico inspirada, y Luis Soenksen, constructor de la empresa en la clínica de Abdul Latif Jameel del MIT para el aprendizaje de máquina en salud y un postdoc anterior en el instituto de Wyss, es los autores importantes del papel, que aparece en biotecnología de la naturaleza.

Sensores usables

Los nuevos sensores usables y la mascarilla diagnóstica se basan en la tecnología que Collins comenzó a desarrollar hace varios años. En 2014, él mostró que las proteínas y los ácidos nucléicos necesarios para crear las redes sintetizadas del gen que reaccionan a las moléculas específicas del objetivo podría ser embutido en el papel, y él utilizó esta aproximación para crear los diagnósticos de papel para los virus de Ebola y de Zika. En trabajo con el laboratorio de Feng Zhang en 2017, Collins desarrolló otro sistema sin células del sensor, conocido como SHERLOCK, que se basa en las enzimas de CRISPR y permite la detección altamente sensible de ácidos nucléicos.

Estos componentes de circuito sin células se liofilizan y siguen siendo estables por muchos meses, hasta que se rehidraten. Cuando son activados por el agua, pueden obrar recíprocamente con su molécula del objetivo, que puede ser cualquier serie del ARN o de la DNA, así como otros tipos de moléculas, y producen una señal tal como un cambio en color.

Más recientemente, Collins y sus colegas comenzaron a trabajar en la incorporación de estos sensores en las materias textiles, con el objetivo de crear una cubierta del laboratorio para los trabajadores de la atención sanitaria u otras con la exposición potencial a los patógeno.

Primero, Soenksen realizó una pantalla de centenares de diversos tipos de tejido, del algodón y del poliéster a las lanas y a la seda, para descubrir que pudieron ser compatibles con esta clase de sensor. “Terminamos encima de determinar un par de fuerzas que son muy ampliamente utilizados en la industria de moda para hacer la ropa,” él decimos. “El que era el mejor era una combinación del poliéster y de otras fibras sintetizadas.”

Para hacer los sensores usables, los investigadores embutieron sus componentes liofilizados en una pequeña sección de este tejido sintetizado, donde un anillo del elastómero de silicón los rodean. Esta compartimentación evita que la muestra la evaporación o difunda lejos del sensor. Para demostrar la tecnología, los investigadores crearon una camisa embutida con cerca de 30 de estos sensores.

Mostraron que una pequeña salpicadura del líquido que contiene partículas virales, imitando la exposición a un paciente infectado, puede hidratar los componentes liofilizados de la célula y activar el sensor. Los sensores se pueden diseñar para producir diversos tipos de señales, incluyendo un cambio del color que se pueda considerar a simple vista, o una señal fluorescente o luminiscente, que se puede leer con un espectrómetro del PDA. Los investigadores también diseñaron un espectrómetro usable que podría ser integrado en el tejido, donde puede leer los resultados e inalámbrico transmitirlos a un dispositivo movible.

“Esto le da un ciclo de la reacción de información que pueda vigilar su exposición ambiental y alertar le y a otros sobre la exposición y donde suceso,” Nguyen dice.

Una mascarilla diagnóstica

Pues los investigadores acababan hacia arriba su trabajo sobre los sensores usables temprano en 2020, Covid-19 comenzó a extenderse en el mundo entero, así que decidían rápidamente intentar usar su tecnología para crear un diagnóstico para el virus SARS-CoV-2.

Para producir su mascarilla diagnóstica, los investigadores embutidos liofilizaron los sensores de SHERLOCK en una máscara de papel. Como con los sensores usables, los componentes liofilizados son rodeados por el elastómero de silicón. En este caso, los sensores se colocan en el interior de la máscara, así que pueden descubrir partículas virales en la respiración de la persona que desgasta la máscara.

La máscara también incluye un pequeño depósito del agua que se libera en el empuje de un botón cuando el portador está listo para realizar la prueba. Esto hidrata los componentes liofilizados del sensor SARS-CoV-2, que analiza gotitas acumuladas de la respiración en el interior de la máscara y produce un resultado en el plazo de 90 minutos.

“Esta prueba es tan sensible como el patrón oro, pruebas altamente sensibles de la polimerización en cadena, pero está tan rápidamente como las pruebas del antígeno que se utilizan para el análisis rápido de Covid-19,” Nguyen dice.

Los prototipos desarrollados en este estudio tienen sensores en el interior de la máscara para descubrir el estado de un utilizador, así como sensores colocados en el exterior de la ropa, para descubrir la exposición del ambiente. Los investigadores pueden también intercambiar hacia adentro los sensores por otros patógeno, incluyendo gripe, Ebola, y Zika, o los sensores que se han convertido para descubrir agentes de nervio del fosfato orgánico.

“Con estas demostraciones que esencialmente nos hemos encogido abajo de las funciones de las instalaciones de prueba moleculares avanzadas en un formato compatible con los decorados usables a través de una variedad de usos,” Soenksen dice.

Los investigadores han archivado para una patente en la tecnología y ahora están esperando trabajar con una compañía para desarrollar más lejos los sensores. La mascarilla es más probable el primer uso que podría ser hecho disponible, Collins dice.

“Pienso que la mascarilla está probablemente la más avanzada y la más cercana a un producto. Hemos tenido ya mucho interés de los grupos exteriores que quisieran tomar los esfuerzos del prototipo que tenemos y avance los a un aprobado, producto comercializado,” él dice.