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Sviluppando una maschera di protezione che può individuare COVID-19

Thought LeadersDr. Peter Nguyen
Dr. Luis R. Soenksen

A face mask has been developed that can detect COVID-19. News-Medical spoke to the researchers behind this idea to find out more about how it works.

Potreste presentarti prego e dirci che cosa ha ispirato la vostra ricerca sulla malattia 2019 (COVID-19) di coronavirus?

Peter Nguyen è un ricercatore all'istituto di Wyss alla Harvard University e Luis Soenksen è un ricercatore e un costruttore di impresa alla clinica del MIT Jameel per AI & la sanità.

Il nostro laboratorio a MIT/Harvard (https://www.collinslab.mit.edu/) corrente è messo a fuoco sui modi portare i circuiti biologici avanzati, un campo conosciuto come biologia sintetica del `,' dal laboratorio e nella tecnologia di ogni giorno. Ciò piombo noi mettere a fuoco sui wearables biosensore-contenenti.

I wearables disponibili nel commercio della corrente (orologio di Apple o per esempio, di FitBit) individuano elettronicamente i segnali fisiologici. Tuttavia, non possono individuare l'esposizione ad un agente patogeno o ad una tossina. Quello è qualcosa che corrente richieda un intero laboratorio di elaborare i campioni.

I nostri sensori possono ora portare che la stessa potenza di prova ai wearables individuare ed identificare gli agenti patogeni (qualsiasi batteri o virus) come pure le tossine. In pratica, la nostra tecnologia miniaturizza un intero laboratorio su un indumento portabile. Quando il colpo pandemico, noi immediatamente ha imperniato il nostro lavoro a sviluppare un portabile che potrebbe individuare COVID-19 in un modo discreto, economico e rapido.

Virus SARS-CoV-2

Virus SARS-CoV-2. Credito di immagine: Yeti punteggiati/Shutterstock.com

Quasi 4 milione di persone sono morto finora dallo scoppio COVID-19. Perché è importante affinchè i ricercatori e le organizzazioni venga insieme e da lavorare in collaborazione per aiutare l'avanzamento i nostri metodi di prevenzione e di rilevazione?

La collaborazione all'interno della comunità della ricerca dividendo i dati, le idee ed il feedback costruttivo è assicurarsi essenziale ai noi ha una diversità degli approcci e delle tecnologie a nostra disposizione. Tutti costruiamo fuori di a vicenda in un modo meraviglioso, la tecnologia vaccino stupefacente che è risultato da questa pandemia è un esempio di quella.

La nostra tecnologia video/di rilevazione deve prendere. Abbiamo tratto giovamento notevolmente dalle discussioni premurose con i ricercatori nei campi ed in clinici disparati, anche. È particolarmente importante per un progetto pluridisciplinare come questo.

Che cosa sono biosensori e come possono essi individuare gli agenti patogeni e le tossine?

I biosensori utilizzano i circuiti genetici costruiti per creare i sensori ed i rivelatori per un obiettivo molecolare desiderato con biologia, contrariamente sensori elettronici/meccanici/ottici. Pensiamo che i biosensori siano adatti unicamente per rilevazione della tossina e dell'agente patogeno, poichè possono i più direttamente collegare mediante interfaccia a queste componenti molecolari.

Le nostre risposte fisiologiche a queste minacce sono fondamentalmente biologiche in natura. Tramite reengineering le interazioni fra le molecole biologiche, sensori altamente sensibili possono essere create. I biosensori permetteranno alla generazione seguente di wearables artificialmente costruiti che hanno capacità sensoriali simili a quella della nostra propria interfaccia o sistema immunitario.

State lavorando a questa tecnologia senza cellula liofilizzata (wFDCF) portabile per oltre tre anni ed in primo luogo usata con documento. Che problemi avete incontrato quando tenta di ricreare questo biosensore in modo che fosse portabile e come li avete sormontato?

Il nostro lavoro per la maschera di protezione COVID-19 definitivamente è sviluppato sopra i nostri sistemi diagnostici cartacei precedenti di Zika e di Ebola. Quelle prove hanno dimostrato la tecnologia liofilizzata ma ancora hanno richiesto ad un utente formato di preparare un campione, se lo applicano al documento ed agli strumenti per elaborarlo. Per la nostra attività in corso, abbiamo voluto mettere a fuoco su avere la tecnologia autonomamente stiamo gestendo, con la raccolta automatica del campione, il preparato integrato del campione e l'intervento minimo dell'utente.

Per la maschera di protezione, tutto l'utente deve fare per attivare il sensore per cominciare l'analisi è stampa un il bottone. Questi vari ostacoli non erano irrilevanti, richiedendoci parecchi anni all'ingegnere. Un grande problema che abbiamo incontrato era evaporazione, come le reazioni di FDCF hanno bisogno dell'acqua di lavorare. Così tanto dell'assistenza tecnica nei wearables stava progettando i sensori per minimizzare l'evaporazione mentre la flessibilità e la continuità di mantenimento con l'ambiente, usando specialmente hanno progettato le camere elastomeriche idrofobe del sensore.

Inoltre, i sensori della maschera di protezione hanno usato una progettazione più complessa della multi-reazione, richiedente i termini di assicurare che ogni reazione liofilizzata si presentasse in un modo graduale e fosse eppure capace di funzionare autonomamente. Ogni punto e componente hanno dovuto essere ottimizzati arduo in modo che l'intero sistema eseguisse robusto. C'era molta ottimizzazione materiale pure, assicurarsi che avessimo il diritto il flusso dell'acqua e della compatibilità con i vari reagenti.

Potete descrivere prego come avete effettuato la vostra ultima ricerca sullo sviluppare questo biosensore portabile? Come questo biosensore funziona?

Il sensore COVID-19 qui egualmente contiene i sensori biologici liofilizzati (basati sugli enzimi di CRISPR). È fissato al sensore un cuscinetto della raccolta del campione che raccoglie gli aerosol del respiro dell'utente. Quando l'utente ha indossato la maschera per un lasso di tempo appropriato (un minimo di 15-30 minuti), stampano un bottone che perfora un sacchetto riempito di acqua della bolla, che immediatamente gli stoppini innaffiano tramite il cuscinetto della raccolta del campione, spingente lungo tutte le particelle virali nel sensore per l'analisi. Il sensore contiene le tre reazioni liofilizzate, ciascuna separata da un ad azione ritardata solubile.

In primo luogo, una miscela detergente ottimizzata interrompe tutte le membrane virali. La seconda reazione è un transcriptase inverso coppia - la reazione isotermica di amplificazione della polimerasi di recombinase (RT-RPA), che converte il RNA virale in DNA ed amplia un'area (la codifica del gene per la proteina della punta). La terza ed ultima reazione è il sensore di CRISPR (Cas12a), che individua il DNA ampliato. C'è una molecola della sonda che ottiene fenduta (taglio) dal Cas12a se è attivato.

Alla fine, una volta che il sensore è stato eseguito, i flussi di reazione ad un nastro laterale di flusso (simile ad un test di gravidanza) dove il risultato è presentato semplicemente come reticolo visibile delle bande di cui varia in virtù se la sonda è stata fenduta oppure no.

Maschera di protezione COVID-19

Maschera di protezione che può individuare COVID-19. Credito di immagine: Istituto di Wyss per assistenza tecnica biologicamente ispirata alla Harvard University

La vostra maschera di protezione può individuare la presenza di SARS-CoV-2 con la stessa accuratezza delle prove standard di PCR. Che cosa altri vantaggi questa maschera di protezione ha sopra altri metodi impiegati per diagnosticare COVID-19 quali le prove di PCR?

  • È molto conveniente - se già state indossando una maschera, perché non abbia una prova mentre state indossando uno?
  • È non invadente, individuando il virus dal respiro dell'utente. Più lungo il bloccaggio del respiro, il più campione disponibile per l'analisi.
  • È economica - corrente, i nostri costi diagnostici del sensore del prototipo COVID-19 nel totale circa $5 USD, ad esclusione del costo della maschera stesso. A questo costo, pensiamo che sia stato non Xerox come una maschera e prova tutte comprese a perdere. Anticipiamo che con un prodotto massa-fabbricato, questo punto dei prezzi dovrebbe cadere.
  • Colpisce il punto dolce della sensibilità e della velocità - a differenza di una prova dell'antigene, questa è una prova di amplificazione dell'acido nucleico (NAAT), che direttamente individua il genoma del virus. A differenza di una prova tipica di PCR, questa prova della maschera di protezione può fornire risultati in 90 minuti senza avere bisogno di inviare qualche cosa ad un laboratorio.
  • Nessun strumentazione ed operazione di utente minima - il sensore completamente è integrato nel materiale e tutte le necessità dell'utente di fare per attivarlo è stampa un il bottone. Non ci sono strumenti o alimentano necessario.
  • Funziona alla temperatura ambiente - questo è qualcosa che quello sondi realmente abbastanza duro irrilevante, ma raggiungere. Tutte reazioni possono lavorare alla temperatura ambiente, che era che cosa permesso a noi da dispensare con gli strumenti del laboratorio (per esempio, riscaldare richiesto dalla PCR).

A cui altre applicazioni ha potuto questa maschera di protezione potenzialmente applicarsi?

L'un'applicazione immediata ha potuto essere individuante e riflettente la diffusione delle varianti COVID-19. Se le maschere fossero spedite ad una popolazione ed ai risultati riferiti su un app, potremmo potere ottenere una mappa estremamente dettagliata della diffusione di un variabile, permettendo alle decisioni politiche rapide.

Se ci fosse una stagione particolarmente cattiva di influenza, queste maschere potrebbero potenzialmente essere usate per distinguere fra l'influenza ed il raffreddore, permettendo all'amministrazione rapida dei antivirals.

C'è rappresentazione della ricerca che le altri malattie e perfino cancro possono essere individuati attraverso i composti organici volatili esalati (VOCs). Se potessimo sviluppare i biosensori per individuare questo VOCs, potrebbe notevolmente ampliare l'intervallo di che cosa è rilevabile oltre gli agenti patogeni respiratori.

Credete che questo biosensore portabile ci aiuti più ulteriormente ad individuare i casi di coronavirus presto permetterci di fermare la diffusione del virus?

Un'imperfezione nel nostro nudo steso preparazione globale durante questa pandemia era la mancanza di prova rapida e sensibile, che notevolmente ha ritardato dietro le infezioni agitate. La nostra tecnologia della maschera potrebbe permettere che noi notevolmente aumentiamo la frequenza difficile a dove deve essere, permettendo alla prova potenzialmente quotidiana avendo un sistema diagnostico che è di facile impiego per la popolazione in genere senza il bisogno di un laboratorio (poichè la prova è completamente autonoma e soltanto richiede la stampa di un bottone).

Crediamo che riducendo la barriera alla prova diagnostica in moda da poterla essere eseguita dovunque da chiunque ma ancora fornire i risultati robusti, potremmo drasticamente aumentare la densità e la frequenza della prova. Quello sarebbe un pezzo chiave del puzzle che è necessario fermare questa pandemia corrente nei sui cingoli e contenere tutti gli scoppi futuri di malattia prima che si trasformasse in in una pandemia.

Maschera di protezione

Maschera di protezione. Credito di immagine: MIT

Che cosa sono i punti seguenti nella vostra ricerca?

Dato il basso costo, la convenienza, la stabilità dello scaffale ed il rendimento elevato dei sistemi diagnostici della maschera di protezione, pensiamo che i produttori siano eccitati per lavorare con noi per sviluppare una versione commerciale dal nostro prototipo.

Attivamente stiamo cercando i partner commerciali per impegnarci nella progettazione per fabbricazione di massa della maschera di protezione. Questo trattamento ha potuto proprio essere accelerato con i giusti partner e appoggio del governo. Egualmente stiamo esaminando le versioni di sviluppo del sensore della maschera di protezione che può differenziarsi fra le varianti COVID-19.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Circa Dott. Peter Nguyen

Peter Nguyen ha ricevuto un B.S. nella biochimica e in B.A. in filosofia dall'università del Texas, il suo M.Bs dall'istituto del laureato di Keck ed il suo Ph.D. in biochimica dalla Rice University.Dott. Peter Nguyen

All'istituto di Wyss, Peter corrente lavora al probiotics programmabile ed alla tecnologia di fabbricazione senza cellula liofilizzata attraverso le piattaforme multiple. I suoi interessi della ricerca egualmente comprendono i sistemi di assistenza tecnica per l'auto-installazione ed il controllo precisi delle strutture del nanoscale; assistenza tecnica della proteina per la biologia sintetica e le applicazioni biomediche.

 

Circa Dott. Luis R. Soenksen

Luis R. Soenksen è un esperto seriale nell'apparecchio medico e nell'imprenditore corrente che funge da costruttore dell'impresa del MIT primo nell'intelligenza artificiale e nella sanità, dove piombo lo sviluppo ed il lancio delle imprese di avanguardia multiple di AI con la facoltà e gli studenti attraverso il MIT.

Luis tiene un Ph.D. in ingegneria meccanica dal MIT come pure un diploma di maturità classica nell'assistenza tecnica biomedica dall'istituto di tecnologia di Monterrey e da una lastra di scienza in bioingegneria dalla Johns Hopkins University. Il suo addestramento comprende la progettazione, lo sviluppo e fabbricazione dell'apparecchio medico come pure prova e distribuzione cliniche delle imprese di sanità.Dott. Luis R. Soenksen

Nella ricerca, Luis ha dato i contributi significativi ai campi della bioingegneria, della formazione di bio--progettazione, dell'assistenza tecnica del tessuto, della biologia sintetica e dell'intelligenza artificiale. L'opera di Luis è stata pubblicata in parecchie pubblicazioni ad alto impatto quali scienza e la natura, la ricerca che egualmente piombo a parecchie tecnologie biomediche brevettate e aco-fondare di 4 start-up internazionalmente.

Emily Henderson

Written by

Emily Henderson

During her time at AZoNetwork, Emily has interviewed over 150 leading experts in all areas of science and healthcare including the World Health Organization and the United Nations. She loves being at the forefront of exciting new research and sharing science stories with thought leaders all over the world.

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    Henderson, Emily. (2021, July 05). Sviluppando una maschera di protezione che può individuare COVID-19. News-Medical. Retrieved on October 25, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20210706/Developing-a-face-mask-that-can-detect-COVID-19.aspx.

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