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Innovations sur papier pour le diagnostic COVID-19

Dans le cadre de la pandémie de la maladie 2019 de coronavirus (COVID-19), plusieurs études ont discuté le développement des dispositifs (PoC) et des biocapteurs de contrôle de remarque-de-soins pour le diagnostic et l'identification du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de syndrôme respiratoire aigu sévère.

Une révision publiée dans le tourillon ACS Omega de la société chimique américaine discute les dispositifs sur papier et les plates-formes visant SARS-CoV-2 pour le diagnostic bon marché de POC et le contrôle sérologique d'anticorps. Cette révision discute également des dispositifs visant les bornes inflammatoires appropriées pour COVID-19.

Étude : Biocapteurs sur papier pour COVID-19 : Un examen des outils novateurs pour régler la pandémie. Crédit d'image : asharkyu/Shutterstock.com

Besoin de tests diagnostique neufs

La réaction en chaîne inverse de transcriptase-polymérase (RT-PCR) est l'analyse diagnostique primaire utilisée pour le dépistage de l'acide ribonucléique SARS-CoV-2 viral (ARN) dans les échantillons oro-pharyngés d'écouvillon. C'est l'étalon-or actuel pour le diagnostic et le contrôle parce qu'il est hautement sensible et spécifique.

Cependant, le RT-PCR est un procédé long qui exige les réactifs spécifiques, le personnel spécialisé, et le matériel. Par conséquent, cette technique ne peut pas être très utilisée pour le traçage de contact. D'ailleurs, elle est habituellement exécutée après le début des sympt40mes.

Ce test a également quelques limitations analytiques comprenant la possibilité de faux positifs et de négatifs. On a observé des différences dans le rendement de différents kits d'essai.

En raison des limitations du RT-PCR, là reste un besoin d'outils rapides, précis, et facilement disponibles pour régler cette pandémie. À cet effet, le contrôle de POC ou le contrôle de proche-patient se rapporte à un essai réalisé près de l'extérieur patient du réglage de laboratoire.

Des dispositifs et les biocapteurs de POC sont simplement actionnés, rentable, et facilement utilisés dans les endroits avec l'accessibilité inférieure à la santé centralisée et aux laboratoires bien-équipés. Avec le développement des approches thérapeutiques et des vaccins pour SARS-CoV-2, il y a une forte demande pour que les scientifiques développent les biocapteurs hautement accessibles neufs.

Dispositifs sur papier

Les biocapteurs utilisant la cellulose et ses dérivés sont dus avantageux à leur disponibilité et profil de sécurité environnemental amélioré. Même avant la pandémie COVID-19, beaucoup d'approches ont été développées pour réaliser un biocapteur couronné de succès sur les substrats basés sur cellulose.

Celles-ci comprennent les réactifs spécifiques de immobilisation qui réagissent avec un composé ou un groupe donné de composés de l'échantillon sur ces substrats. Cette réaction est alors traduite en surveillant l'altération visible ou les détecteurs électrochimiques.

D'autres types de détecteurs sur papier comprennent le microfluidics sur les méthodes article ou simples de plongement/bloc moulé qui sont assimilées à la méthode courante de papier de pH. Un autre exemple est le mètre de glucose qui est effectué sur un substrat de papier.

Il y a beaucoup de types de papier de cellulose et de ses matériaux chimique-dérivés qui ont été employés dans les biocapteurs, qui tiennent compte de régler avec précision ces dispositifs. Le papier convient pour effectuer de tels dispositifs parce qu'il est compatible avec la plupart des réactifs, peut être chimiquement modifié pour différents fonctionnements, et a la thermique élevée et la force mécanique.

D'ailleurs, le papier peut également supporter différents processus de fabrication exigés pour effectuer le dispositif analytique. Le papier n'est pas simplement un transporteur des réactifs mais laisse également activement échantillonner, filtration, séparation, et mélange de réactif/échantillon.

Le dispositif sur papier le plus utilisé généralement est la bande d'essai transversale (LFA) d'analyse de flux qui est souvent comportée aux immunoessais. Les dispositifs analytiques sur papier de Microfluidic (μPADs) améliorent davantage les fonctionnalités des dispositifs sur papier.

Dispositifs sur papier pour le contrôle d'ARN viral

L'ARN viral qui est extrait d'un écouvillon oro-pharyngé peut être directement mesuré dans un réglage de POC suivre différentes méthodes analytiques variées. Ceux-ci comprennent :

  • Identification basée sur répétitions palindromique courte régulièrement (CRISPR) interspaced groupée d'ARN avec sur papier
  • Lecture de signe de LFA
  • Dispositif de format de LFA de fluorescence pour le dépistage d'ARN
  • Dépistage isotherme boucle-assisté d'ARN de l'amplification de transcription inverse (RT-LAMP) dans un basé sur microfluidics
  • Un dispositif multifonction qui transporte des tâches multiples de l'analyse moléculaire de diagnostic
  • Une plate-forme sur papier électrochimique pour l'identification et le diagnostic sans amplification d'ARN, utilisant les sondes monocatenaires d'acide désoxyribonucléique (ssDNA) et les électrodes de graphene/or modifiées avec les nanoparticles conjugués d'or.

Dispositifs sur papier pour la détection virale d'antigène

SARS-CoV-2 peut être recensé dans un échantillon par le dépistage des antigènes viraux spécifiques au virus comprenant la protéine de nucleocapsid (n) et la protéine de pointe (s). L'antigène de SARS-CoV-2 S peut être trouvé dans le format de LFA à l'aide du récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) comme molécule de saisie pour les immunocomplexes circulants.

L'acide sialique est un autre produit chimique employé pour trouver l'antigène de S dans le format de LFA. Ceci évite le besoin d'anticorps et de dépistage immunoessai immunoessai de cet antigène. Un autre dispositif de LFA pour la détection de l'antigène de S utilise des nanozymes et la signalisation de chimiluminescence, qui permet le relevé portatif utilisant la lecture de smartphone.

Utilisant le système de LFA, l'antigène de N peut être trouvé par des anticorps de fusion produits à partir des bactériophages copiés. Un dispositif trouve des antigènes de S et de N simultanément utilisant le système de LFA avec les nanoparticles de -conversion et un détecteur de la fluorescence 5G-enabled pour des applications d'IoT. De même, le retour exécute un haut-débit, un dépistage proteomic des antigènes de S et de N et leurs sous-unités en estampant des anticorps visant les antigènes dans un substrat de nitrocellulose.

la spectroscopie Surface-améliorée de Raman (SERS) combinée avec les dispositifs sur papier fournit le dépistage optique marque marque et peut être employée avec des liquide organiques tels que les déchirures, la salive, ainsi que les écouvillons nasaux et de gorge sans exiger n'importe quel traitement préparatoire d'échantillon. Un autre biocapteur électrochimique sur papier rapporté emploie une méthode marque marque pour la détection de l'antigène de protéine de S.

Dispositifs sur papier pour le dépistage immunogène de la réaction SARS-CoV-2

La surveillance de réaction immunologique concerne recenser et mesurant des anticorps spécifiques le fuselage produit contre SARS-CoV-2, en grande partie immunoglobuline G d'anticorps (IgG), IgM, et IgA.

D'Anti-n anticorps d'IgG peuvent être trouvés utilisant les nanoparticles lanthanide-dopés de polystyrène pour la signalisation extrêmement sensible de luminescence dans le test de LFA. Des anticorps d'IgG et d'IgM peuvent être simultanément trouvés utilisant l'immunoessai basé sur nanoparticles conjugué d'or.

De même, un dispositif trouve des anticorps d'IgG et d'IgM contre l'antigène de S, utilisant une méthode optique alternative de transduction pour la signalisation de formation d'immunocomplex de fluorescence. Un système basé sur SERS élevé-sensible de LFA trouve l'anti-s antigène IgG et les anticorps d'IgM.

Les formats sur papier alternatifs d'analyse pour le dépistage d'anticorps comprennent le dispositif sur papier de la méthode ELISA (ELISA) pour l'anticorps humanisé par SARS-CoV-2, la fabrication sur papier d'électrode pour le dépistage électrochimique de spectroscopie d'impédance d'anti-s anticorps de l'antigène IgG, et un biocapteur électrochimique sur papier de style des origamis pour anticorps d'antigène trouvant et de mesure d'IgG et d'IgM d'anti-s.

Dispositifs sur papier pour la surveillance inflammatoire de réaction et de gravité de la maladie

L'infection SARS-CoV-2 peut progresser à la maladie sévère due à une réaction immunitaire déréglée. Il y a une corrélation directe entre les bornes inflammatoires et la gravité de l'infection SARS-CoV-2.

Actuel, plusieurs biocapteurs sur papier ont été développés pour l'interleukine 6 (IL-6), la protéine C réactive (CRP), la ferritine, et le dépistage du procalcitonin (PCT), qui sont des bornes d'une réaction immunitaire. Les membranes régénérées de cellulose utilisées pour la concentration du produit chimique vérifié sont appliquées pour le dépistage électrochimique sensible de l'IL-6.

Un dispositif utilisant un système de LFA pour le dépistage d'IL-6 au chevet a été rapporté utilisant l'immunoessai basé sur or. Un autre dispositif sur papier emploie une approche de pliage visant l'IL-6 dans les patients COVID-19 pour la surveillance de progression de la maladie.

Dans une autre étude, les chercheurs rapportés l'utilisation d'un biocapteur électrochimique sur papier qui se fonde sur l'or nanoparticles-ont modifié des électrodes pour exploiter l'affinité du CRP à Ca2+ pour gripper et la transduction actuelle suivante. Un autre système de LFA utilisant une membrane asymétrique de polysulfone pour le retarder-desserrage et est appareillé avec la signalisation de chimiluminescence pour la sensibilité améliorée a également été rapporté.

La ferritine peut également être trouvée utilisant les électrodes sur papier. La formation d'immunocomplex entraîne l'altération dans les signes actuels marqués à la présence de la ferritine. D'ailleurs, un autre système de LFA a été développé pour le dépistage de PCT qui emploie des nanoparticles conjugués avec des anticorps anti-PCT pour le dépistage sensible de fluorescence.

Futurs points de vue

Les outils sur papier peuvent être utiles dans les réglages épidémiologiques, y compris l'évaluation d'immunité des populations exposées au virus, ainsi que pour que la surveillance d'eaux usées fournisse un indicateur de détection lointaine d'écart viral.  

Il y a une place pour développer la détection quantitative dans des dispositifs sur papier. Ceci peut être activé par les lecteurs portatifs, les smartphones fonctionnalité-encastrés, ou les éléments portatifs de potentiostat avec des capacités de boîte de vitesses de signe.

Les caractéristiques analytiques des dispositifs actuels peuvent être améliorées en comportant différents nanomaterials ou d'autres éléments synthétiques de reconnaissance. Les Nanomaterials peuvent être hautement avantageux en trouvant l'infection SARS-CoV-2 ou les anticorps dans différents échantillons en diminuant la limite de détection et en augmentant la sensibilité. Ceci activera l'auto-contrôle fiable, de ce fait diminuant le fardeau sur des dispensaires.

Journal reference:
  • Pinheiro, T., Cardoso, A. R., Sousa, C. E. A., et al. (2021). Paper-Based Biosensors for COVID-19: A Review of Innovative Tools for Controlling the Pandemic. ACS Omega 6(44), 29268–29290. doi:10.1021/acsomega.1c04012.
Dr. Shital Sarah Ahaley

Written by

Dr. Shital Sarah Ahaley

Dr. Shital Sarah Ahaley is a medical writer. She completed her Bachelor's and Master's degree in Microbiology at the University of Pune. She then completed her Ph.D. at the Indian Institute of Science, Bengaluru where she studied muscle development and muscle diseases. After her Ph.D., she worked at the Indian Institute of Science, Education, and Research, Pune as a post-doctoral fellow. She then acquired and executed an independent grant from the DBT-Wellcome Trust India Alliance as an Early Career Fellow. Her work focused on RNA binding proteins and Hedgehog signaling.

Citations

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