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Los investigadores de Illinois desarrollaron un cartucho de microfluidos para una prueba de COVID-19 de 30 minutos. Los cartuchos están impresos en 3D y podrían fabricarse rápidamente. Crédito: Foto cortesía de Bill King
Como COVID-19 continúa extendiéndose, los cuellos de botella en los suministros y el personal de laboratorio han llevado a largos tiempos de espera para obtener resultados en algunas áreas. En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign demostraron un prototipo de una prueba molecular rápida de COVID-19 y un instrumento portátil y fácil de usar para leer los resultados con un teléfono inteligente en 30 minutos, lo que podría habilitar el punto -diagnóstico de cuidados sin necesidad de enviar muestras a un laboratorio.
“Si un dispositivo y una prueba de este tipo estuvieran disponibles, podríamos probar COVID-19 en eventos públicos, auditorios, reuniones grandes y, posiblemente, incluso en casa para realizar una autoprueba. Los resultados podrían enviarse al sistema de salud pública apropiado para su coordinación ”, dijo Rashid Bashir, profesor de bioingeniería y decano de la Facultad de Ingeniería Grainger en Illinois. Bashir codirigió el estudio con el profesor de ingeniería eléctrica e informática Brian Cunningham y el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Bill King.
El profesor de bioingeniería Rashid Bashir, el decano de la Facultad de Ingeniería de Grainger, el profesor de electricidad y computación Brian Cunningham y el profesor de ciencias mecánicas e ingeniería Bill King dirigieron el equipo que desarrolló la prueba rápida, el cartucho de microfluidos y el lector portátil. Crédito: Retratos de Bashir y Cunningham por L. Brian Stauffer. Retrato de King cortesía de Bill King.
Pruebas típicas para SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, tome una muestra de un paciente con un hisopo nasofaríngeo largo, coloque ese hisopo en una sustancia llamada medio de transporte viral y envíelo a un laboratorio para un proceso de varios pasos para extraer, aislar y multiplicar el indicador ARN dentro del virus. Este proceso de multiplicación de ARN, llamado RT-PCR, requiere varios ciclos de fluctuación de temperatura, equipo especializado y personal capacitado, dijo Cunningham.
Como se informa en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, el equipo de Illinois utilizó un proceso más simple para analizar el medio de transporte viral, llamado LAMP, que omite los pasos de extracción y purificación de ARN.
“LAMP solo necesita una temperatura, 65 ° C, por lo que es mucho más fácil de controlar”, dijo el científico investigador Anurup Ganguli, primer autor del estudio. “Además, LAMP funciona de manera más robusta que la PCR, especialmente cuando hay contaminantes en la muestra de prueba. Podemos simplemente calentar brevemente la muestra, abrir el virus y detectar la secuencia genética que identifica específicamente al SARS-CoV-2 “.
Los investigadores compararon el ensayo LAMP con la PCR, primero usando líquido nasal sintético enriquecido con el virus y luego con muestras clínicas. Encontraron que los resultados estaban de acuerdo con los resultados de la PCR y documentaron la sensibilidad y especificidad de la prueba LAMP.
El cartucho de microfluidos se puede insertar en un dispositivo portátil que también tiene una base para un teléfono inteligente, para que la cámara del teléfono pueda leer los resultados de la prueba. Crédito: Foto cortesía de Bill King
Luego, los investigadores incorporaron el ensayo LAMP en un pequeño cartucho de microfluidos impreso en 3D que tiene dos ranuras de entrada para jeringas: una para el medio de transporte viral que contiene la muestra y otra para los productos químicos LAMP. Una vez que se inyectan los dos, reaccionan dentro del cartucho.
“Usamos fabricación aditiva moderna y de alta velocidad para fabricar estos cartuchos. Todo se puede escalar rápidamente a cientos de miles de pruebas ”, dijo King. “La ampliación de la producción suele ser el mayor obstáculo para las aplicaciones comerciales de los cartuchos de microfluidos, y podemos superar ese obstáculo con este nuevo enfoque. La fabricación aditiva moderna es elástica y escalable, y se puede incrementar muy rápidamente en comparación con las tecnologías de fabricación heredadas “.
El equipo está trabajando con Fast Radius Inc., una empresa de tecnología con sede en Chicago que King cofundó, para fabricar los cartuchos de microfluidos.
El cartucho se puede insertar en un instrumento portátil de mano con una cámara de calentamiento, que calienta el cartucho a 65 grados Celsius durante la reacción y una base para teléfono inteligente para leer los resultados. En aproximadamente 30 minutos, un resultado positivo emitirá luz fluorescente.
“El lector ilumina los compartimentos de líquidos con luz de LED azules, mientras que la cámara trasera del teléfono graba una película de la luz fluorescente verde que se genera”, dijo Cunningham.
Vea un video del cartucho, el dispositivo de mano y el proceso en YouTube:
Los investigadores demostraron el dispositivo portátil con muestras clínicas adicionales y encontraron que los resultados coincidían con los del procedimiento de laboratorio de PCR estándar.
Los investigadores están explorando si el ensayo funcionaría con muestras de saliva para eliminar la necesidad de hisopos nasofaríngeos y recolectando más datos de pacientes mientras consideran los próximos pasos para las aprobaciones regulatorias, dijo Bashir.
Referencia: “Sistema de detección portátil y amplificación isotérmica rápida para SARS-CoV-2” por Anurup Ganguli, Ariana Mostafa, Jacob Berger, Mehmet Y. Aydin, Fu Sun, Sarah A. Stewart de Ramirez, Enrique Valera, Brian T. Cunningham, William P. King y Rashid Bashir, 31 de agosto de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.2014739117
La Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa apoyaron este trabajo. Se obtuvieron muestras clínicas de OSF HealthCare en colaboración con la Dra.Sarah Stewart deRamirez y con el apoyo de Jump Applied Research in Community Health through Engineering and Simulation entre OSF HealthCare y la U. de I.
Bashir, Cunningham y King están afiliados al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas, la Facultad de Medicina de Carle Illinois y el Laboratorio de Micro y Nanotecnología Holonyak en Illinois. Bashir y Cunningham también están afiliados al Cancer Center de Illinois y al Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica.
