AGI - Ricercatori della Washington University a St. Louis hanno creato un monitor in tempo reale che può rilevare qualsiasi variante del virus SARS-CoV-2 in una stanza in circa 5 minuti. Il dispositivo economico, un prototipo, potrebbe essere utilizzato negli ospedali e nelle strutture sanitarie, nelle scuole e nei luoghi pubblici per aiutare a individuare il CoV-2 e potenzialmente monitorare altri aerosol virali respiratori, come l’influenza e il virus respiratorio sinciziale (RSV).
I risultati del loro lavoro sul monitor, che secondo loro è il rilevatore più sensibile disponibile, sono stati pubblicati su Nature Communications. Il team interdisciplinare di ricercatori della McKelvey School of Engineering e della School of Medicine è composto da Rajan Chakrabarty, Harold D. Jolley Career Development Associate Professor di ingegneria energetica, ambientale e chimica nella McKelvey Engineering; Joseph Puthussery, un ricercatore postdottorato nel laboratorio di Chakrabarty; John Cirrito, professore di neurologia alla School of Medicine; e Carla Yuede, professore associato di psichiatria alla School of Medicine.
“Al momento non c’è nulla che ci dica quanto sicura sia una stanza”, ha detto Cirrito. “Se ti trovi in una stanza con 100 persone, non vuoi scoprire dopo cinque giorni se potresti essere malato o meno. L’idea di questo dispositivo è che puoi saperlo essenzialmente in tempo reale, o ogni 5 minuti, se c’è un virus attivo”.
Cirrito e Yuede avevano precedentemente sviluppato un biosensore a micro-immunoelettrodo (MIE) che rileva l’amiloide beta come biomarcatore per la malattia di Alzheimer e si sono chiesti se potesse essere convertito in un rilevatore per il SARS-CoV-2. Hanno contattato Chakrabarty, che ha formato un team che includeva Puthussery, esperto nella costruzione di strumenti in tempo reale per misurare la tossicità dell’aria.
Per convertire il biosensore dal rilevamento dell’amiloide beta al coronavirus, i ricercatori hanno sostituito l’anticorpo che riconosce l’amiloide beta con un nanocorpo di lama che riconosce la proteina spike del virus SARS-CoV-2. David Brody, MD, PhD, un ex membro del corpo docente del Dipartimento di Neurologia della School of Medicine e autore dell’articolo, ha sviluppato il nanocorpo nel suo laboratorio presso gli Istituti Nazionali di Salute (NIH). Il nanocorpo è piccolo, facile da riprodurre e modificare ed economico da produrre, hanno detto i ricercatori.
“L’approccio elettrochimico basato su nanocorpo è più rapido nel rilevare il virus perché non ha bisogno di un reagente o di molti passaggi di elaborazione”, ha detto Yuede. “Il SARS-CoV-2 si lega ai nanocorpi sulla superficie e possiamo indurre l’ossidazione delle tirosine sulla superficie del virus utilizzando una tecnica chiamata voltammetria a onda quadra per ottenere una misura della quantità di virus nel campione”.
Chakrabarty e Puthussery hanno integrato il biosensore in un campionatore d’aria che funziona sulla base della tecnologia del ciclone umido. L’aria entra nel campionatore a velocità molto elevate e si mescola centrifugamente con il fluido che riveste le pareti del campionatore creando un vortice superficiale, intrappolando così gli aerosol del virus. Il campionatore a ciclone umido è dotato di una pompa automatizzata che raccoglie il fluido e lo invia al biosensore per una rilevazione senza interruzioni del virus mediante elettrochimica.
“La sfida con i rilevatori di aerosol trasportati dall’aria è che il livello di virus nell’aria interna è così diluito che si avvicina al limite di rilevazione della reazione a catena della polimerasi (PCR) ed è come trovare un ago in un pagliaio”, ha detto Chakrabarty. “L’elevato recupero del virus mediante il ciclone umido può essere attribuito al suo flusso estremamente elevato, che gli consente di campionare un volume d’aria maggiore durante una raccolta del campione di 5 minuti rispetto ai campionatori disponibili in commercio”.
La maggior parte dei campionatori bioaerosol commerciali funziona a flussi relativamente bassi, ha detto Puthussery, mentre il monitor del team ha un flusso di circa 1.000 litri al minuto, rendendolo uno dei dispositivi con il flusso più elevato disponibili. È anche compatto, largo circa 30 cm e alto 25 cm, e si illumina quando viene rilevato un virus, avvisando gli amministratori di aumentare il flusso d’aria o la circolazione nella stanza.
Il team ha testato il monitor negli appartamenti di due pazienti COVID positivi. I risultati della PCR in tempo reale sui campioni d’aria prelevati dalle camere da letto sono stati confrontati con i campioni d’aria prelevati da una stanza di controllo priva di virus. I dispositivi hanno rilevato l’RNA del virus nei campioni d’aria delle camere da letto, ma non hanno rilevato nessun virus nei campioni d’aria di controllo. Negli esperimenti di laboratorio in cui il SARS-CoV-2 è stato aerosolizzato in una camera delle dimensioni di una stanza, il ciclone umido e il biosensore sono stati in grado di rilevare diversi livelli di concentrazione del virus nell’aria dopo solo pochi minuti di campionamento.
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