El tipo de prueba más común para un nuevo coronavirus toma varias horas y es inconveniente; las muestras se obtienen insertando un hisopo de nariz o garganta.
He colaborado con otros científicos, entre ellos Yin-Tin Yeh en Penn, Elodie Gedin en la Universidad de Nueva York, Shansey Juan en Penn y Sharon X. Huang en Penn State en el desarrollo de una herramienta de diagnóstico para detectar rápidamente los virus con un rayo láser y un detector. El equipo me incluye a mí, un físico, y virólogos, ingenieros, químicos y especialistas en datos.
¿Cómo hacemos el trabajo?
Nuestro enfoque utiliza un método llamado espectroscopia Raman para identificar los virus por el brillo de la luz en un cartucho desechable que recoge muestras de hisopos orales o de una persona que sopla a través del dispositivo. Después de la toma de muestras, el espectrómetro mide las oscilaciones interatómicas causadas por los destellos de luz en los virus recogidos. Cada virus tiene su propia firma de vibración, que actúa como una especie de huella óptica capaz de distinguir un coronavirus, por ejemplo, de un virus que causa la gripe.
Podríamos recoger los virus de la saliva de los pacientes, recogida con un hisopo o por una persona que sopla en un dispositivo llamado cartucho de microfluidos. El aire y el fluido pasan a través de un conjunto de nanotubos de carbono, moléculas de forma cilíndrica utilizadas en diversos materiales.
Los diámetros de los nanotubos son microscópicos, entre 10 y 60 nanómetros. Como son más pequeños que los microbios, los virus de la gripe tienen diámetros de 90-120 nanómetros, y los virus corona, 125-150 nm, los nanotubos de carbono acumulan patógenos. Después de golpear los nanotubos de carbono, los virus pueden ser identificados ópticamente por el brillo del láser en la muestra. La luminiscencia de la luz en los nanotubos de carbono y los microorganismos patógenos crea una clara huella óptica, o “picos Raman”.
Una vez que el láser brilla en la muestra capturada, los algoritmos de aprendizaje de la máquina determinan el espectro de la firma del virus, que es el resultado de la luz que rebota en las partículas del virus. Utilizando el entrenamiento mecánico, la identificación toma menos de dos minutos con una precisión del 70%-90%, que es comparable a los métodos microbiológicos más modernos.
Porque es importante
La rápida y precisa detección del nuevo coronavirus es ahora de suma importancia. Mientras que la espectroscopia Raman puede ser extremadamente útil en la identificación de este virus, los médicos también pueden utilizar esta técnica para probar otras enfermedades como la gripe. Al identificar el virus de forma fácil, rápida y en un punto de contacto, la espectroscopia Raman puede detener significativamente la propagación de la enfermedad.
Compare esto con nuestros métodos de análisis de muestras de última generación; un proceso relativamente lento, tedioso y que requiere mucho tiempo y un cuidadoso examen de laboratorio. La detección temprana y rápida con este nuevo dispositivo puede salvar cientos de miles de vidas cada año.
¿Qué más se está haciendo?
Para la identificación de virus, las tecnologías existentes permiten una detección relativamente sensible. Sin embargo, tardan varias horas y varios días, según la calidad de la muestra recogida, ya que las bajas concentraciones de virus son muy difíciles de procesar y dan lugar a falsos negativos.
Lamentablemente, tanto los métodos inmunológicos como los moleculares, incluidos el inmunoensayo (ELISA) y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), requieren un conocimiento previo de las cepas. Otro método, conocido como secuenciación profunda, es otro nuevo enfoque prometedor, pero la obtención de suficientes lecturas virales para que funcione bien depende de la calidad de la muestra y su preparación. Las etapas de procesamiento incluyen el uso de diferentes equipos de banco, reactivos y conocimientos técnicos. Esta técnica Raman se desarrolló recientemente para identificar diferentes bacterias, lo que demuestra que es verdaderamente innovadora y factible.
Esto es lo que sigue
Estamos solicitando fondos federales para demostrar que esta tecnología funciona con el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19, y luego crear prototipos fiables que puedan ser ampliados para la producción en masa y el despliegue en el campo. También hablamos con varios fabricantes y exploramos formas de promover la tecnología para ayudar en la crisis actual.
Hemos tenido éxito en la captura de virus respiratorios humanos de muestras clínicas usando esta técnica. Después de todo, esperamos que esta tecnología esté disponible para cualquiera que visite a su médico de cabecera. En dos minutos, una persona sabrá si tiene un virus respiratorio comparando los resultados de una prueba espectroscópica con otros resultados en una base de datos. En el futuro, esta tecnología puede ser utilizada en hospitales, aeropuertos y aviones comerciales para prevenir brotes. Y los virus capturados que aún son viables pueden ser replicados para el desarrollo de vacunas.
Por: Catesby Holmes