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Innovazioni cartacee per la diagnosi COVID-19

Nel contesto della pandemia di malattia 2019 di coronavirus (COVID-19), parecchi studi hanno discusso lo sviluppo delle unità (PoC) e dei biosensori di prova di punto-de-cura per la diagnosi e l'identificazione del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo.

Un esame pubblicato nel giornale ACS Omega della società di prodotto chimico americano discute le unità cartacee e le piattaforme che mirano a SARS-CoV-2 per la diagnosi a basso costo di poc e la prova sierologica dell'anticorpo. Questo esame egualmente discute le unità che mirano agli indicatori infiammatori pertinenti per COVID-19.

Studio: Biosensori cartacei per COVID-19: Una rassegna degli strumenti innovatori per gestire la pandemia. Credito di immagine: asharkyu/Shutterstock.com

Esigenza di nuovi test diagnostici

La reazione a catena della transcriptase-polimerasi inversa (RT-PCR) è l'analisi diagnostica primaria utilizzata per la rilevazione SARS-CoV-2 di acido ribonucleico virale (RNA) nei campioni orofaringei del tampone. Ciò è il sistema monetario aureo corrente per la diagnosi e la prova perché è altamente sensibile e specifica.

Tuttavia, RT-PCR è un trattamento che richiede tempo che richiede i reagenti specifici, il personale specializzato e la strumentazione. Di conseguenza, questa tecnica non può essere ampiamente usata per il tracciato del contatto. Inoltre, è eseguita solitamente dopo l'inizio dei sintomi.

Questa prova egualmente presenta alcune limitazioni analitiche compreso la possibilità dei falsi positivi e delle quantità negative. Le differenze sono state osservate nella prestazione dei kit differenti della prova.

dovuto le limitazioni di RT-PCR, rimane un'esigenza degli strumenti veloci, accurati e disponibili facilmente per gestire questa pandemia. A questo scopo, la prova di poc o la prova del quasi-paziente si riferisce ad una prova eseguita vicino all'esterno paziente della regolazione del laboratorio.

Le unità ed i biosensori di poc sono gestiti semplicemente, redditizio e facilmente sono impiegati nelle aree con accessibilità più bassa alla sanità centralizzata ed ai laboratori ben attrezzati. Con lo sviluppo degli approcci terapeutici e dei vaccini per SARS-CoV-2, c'è un molto richiesto affinchè gli scienziati sviluppi i nuovi biosensori altamente accessibili.

Unità cartacee

I biosensori facendo uso di cellulosa ed i sui derivati sono utile dovuto la loro disponibilità e profilo di sicurezza ambientale migliore. Anche prima della pandemia COVID-19, molti approcci sono stati sviluppati per raggiungere un riuscito biosensore ai sui substrati basati a cellulosa.

Questi includono i reagenti specifici di vincolo che reagiscono con un composto o un gruppo dato di composti dal campione su questi substrati. Questa reazione poi è tradotta riflettendo le alterazioni visibili o i rivelatori elettrochimici.

Altri tipi di sensori cartacei includono il microfluidics sui metodi di carta o semplici colata/della immersione che sono simili al metodo comune del documento di pH. Un altro esempio è il metro del glucosio che è fatto su un substrato di carta.

Ci sono molti tipi di documento della cellulosa e di sui materiali chimico-derivati che sono stati utilizzati in biosensori, che tengono conto regolare queste unità. Il documento è adatto a fare tali unità perché è compatibile con la maggior parte dei reagenti, può chimicamente essere modificato per le funzioni differenti ed ha l'alto termale e resistenza meccanica.

Inoltre, il documento può anche resistere ai processi di fabbricazione differenti richiesti per la fabbricazione dell'unità analitica. Il documento non è appena i portafili dei reagenti ma egualmente attivamente concede campionare, filtrazione, separazione e mescolanza campione/del reagente.

L'unità cartacea più comunemente usata è la striscia test laterale di analisi (LFA) di flusso che è compresa spesso nei immunoassays. Le unità analitiche cartacee di Microfluidic (μPADs) più ulteriormente migliorano le funzionalità delle unità cartacee.

Unità cartacee per la prova virale del RNA

Il RNA virale che è estratto da un tampone orofaringeo può direttamente essere misurato in una regolazione di poc facendo uso di vari metodi analitici differenti. Questi includono:

  • Breve ad identificazione basata a ripetizioni palindromica regolarmente (CRISPR) interspaced ragruppata del RNA con cartaceo
  • Lettura del segnale della ZAS
  • Unità di formato di fluorescenza ZAS per rilevazione del RNA
  • La trascrizione inversa ciclo-ha mediato la rilevazione isotermica del RNA di amplificazione (RT-LAMP) in un basato microfluidics
  • Un'unità multifunzionale che porta le mansioni multiple dell'analisi molecolare di diagnosi
  • Una piattaforma cartacea elettrochimica per l'identificazione e la diagnosi senza amplificazione del RNA, facendo uso delle sonde unico incagliate dell'acido desossiribonucleico (ssDNA) e degli elettrodi oro/del graphene modificati con le nanoparticelle coniugate dell'oro.

Unità cartacee per la percezione virale dell'antigene

SARS-CoV-2 può essere identificato in un campione con la rilevazione degli antigeni virali specifici al virus compreso la proteina del nucleocapsid (n) e la proteina della punta (s). L'antigene di SARS-CoV-2 S può essere individuato nel formato della ZAS usando il ricevitore dell'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) come molecola di bloccaggio per i immunocomplexes scorrenti.

L'acido sialico è un altro prodotto chimico usato per individuare l'antigene di S nel formato della ZAS. Ciò aggira l'esigenza degli anticorpi e della rilevazione immunoassay basata di questo antigene. Un'altra unità della ZAS per rilevazione dell'antigene di S impiega i nanozymes e la segnalazione di chemiluminescenza, che permette la lettura portatile facendo uso della lettura dello smartphone.

Facendo uso del sistema della ZAS, l'antigene di N può essere individuato dagli anticorpi di fusione prodotti dai fagi clonati. Un'unità individua simultaneamente gli antigeni di N e di S facendo uso del sistema della ZAS con le nanoparticelle diconversione e di un sensore della fluorescenza 5G-enabled per le applicazioni di IoT. Inoltre, la pre-esplorazione esegue una alto-capacità di lavorazione, una rilevazione proteomic degli antigeni di N e di S ed i loro sottounità stampando gli anticorpi che mirano agli antigeni in un substrato della nitrocellulosa.

la spettroscopia Superficie-migliorata di Raman (SERS) combinata con le unità cartacee fornisce la rilevazione ottica contrassegna contrassegno e può essere usata con i liquidi organici quali gli strappi, la saliva come pure i tamponi della gola e nasali senza richiedere alcun pretrattamento del campione. Un altro biosensore elettrochimico cartaceo riferito usa un metodo contrassegno contrassegno per rilevazione dell'antigene della proteina di S.

Unità cartacee per rilevazione immunogena di risposta SARS-CoV-2

Il video di risposta immunologica comprende identificare e quantificando gli anticorpi specifici l'organismo produce contro SARS-CoV-2, principalmente l'immunoglobulina G degli anticorpi (IgG), IgM e IgA.

Gli anticorpi Anti--N di IgG possono essere individuati facendo uso delle nanoparticelle lantanide-verniciate del polistirolo per la segnalazione altamente sensibile di luminescenza nella prova della ZAS. Gli anticorpi di IgM e di IgG possono essere individuati simultaneamente facendo uso al del immunoassay basato a nanoparticelle coniugato dell'oro.

Inoltre, un'unità individua gli anticorpi di IgM e di IgG contro l'antigene di S, impiegante un metodo ottico alternativo di trasduzione per la segnalazione di formazione del immunocomplex della fluorescenza. Un sistema basato SERS alto sensibile della ZAS individua l'antigene anti--s IgG e gli anticorpi di IgM.

I formati cartacei alternativi di analisi per rilevazione dell'anticorpo includono l'unità cartacea enzima-collegata di analisi dell'immunosorbente (ELISA) per l'anticorpo umanizzato SARS-CoV-2, il montaggio cartaceo dell'elettrodo per rilevazione elettrochimica della spettroscopia dell'impedenza degli anticorpi anti--s di IgG dell'antigene e un biosensore elettrochimico cartaceo stile origami per gli anticorpi anti--s dell'antigene di rilevazione e di misura di IgM e di IgG.

Unità cartacee per il video infiammatorio di severità di malattia e di risposta

L'infezione SARS-CoV-2 può diventare la malattia severa dovuto una risposta immunitaria diregolarizzata. C'è una correlazione diretta fra gli indicatori infiammatori e la severità di infezione SARS-CoV-2.

Corrente, parecchi biosensori cartacei sono stati sviluppati per interleukin-6 (IL-6), proteina, (CRP) la ferritina e la rilevazione C-reattive del procalcitonin (PCT), che sono indicatori di una risposta immunitaria. Le membrane rigenerate della cellulosa utilizzate per la concentrazione del prodotto chimico saggiato sono applicate per rilevazione elettrochimica sensibile di IL-6.

Un'unità facendo uso di un sistema della ZAS per rilevazione IL-6 al lato del letto è stata riferita facendo uso al del immunoassay basato d'oro. Un'altra unità cartacea utilizza un approccio di piegatura che mira a IL-6 in pazienti COVID-19 per il video di progressione di malattia.

In un altro studio, i ricercatori hanno riferito l'uso di un biosensore elettrochimico cartaceo che conta sugli elettrodi nanoparticella-modificati oro per sfruttare l'affinità di CRP a Ca2+ per legare e trasduzione corrente successiva. Un altro sistema della ZAS facendo uso di una membrana asimmetrica del polisolfone per la ritardare-versione ed è accoppiato con la segnalazione di chemiluminescenza per la sensibilità migliore egualmente è stato riferito.

La ferritina può anche essere individuata facendo uso degli elettrodi cartacei. La formazione del immunocomplex causa le alterazioni nei segnali correnti correlati alla presenza di ferritina. Inoltre, un altro sistema della ZAS è stato messo a punto per rilevazione del PCT che usa le nanoparticelle coniugate con gli anticorpi anti-PCT per rilevazione sensibile della fluorescenza.

Prospettive future

Gli strumenti cartacei possono essere utili nelle impostazioni epidemiologiche, compreso la valutazione di immunità delle popolazioni esposte al virus come pure affinchè il video dell'acqua di scarico forniscano un indicatore di allarme immediato della diffusione virale.  

C'è una portata per sviluppare la percezione quantitativa in unità cartacee. Ciò può essere permessa a dai lettori portatili, dagli smartphones funzionalità-incassati, o dalle unità portatili del potentiostat con le capacità della trasmissione del segnale.

Le funzionalità analitiche delle unità correnti possono essere migliorate comprendendo i nanomaterials differenti o altri elementi sintetici del riconoscimento. I Nanomaterials possono essere altamente utili nella rilevazione l'infezione SARS-CoV-2 o degli anticorpi in campioni differenti facendo diminuire il limite di segnalazione ed aumentando la sensibilità. Ciò permetterà alla auto-prova affidabile, così facendo diminuire il carico sulle strutture ospedaliere.

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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