Un nuevo dispositivo puede diagnosticar Covid-19 a partir de muestras de saliva

El dispositivo también se puede utilizar para detectar mutaciones virales específicas vinculadas a algunas de las variantes del SARS-CoV-2 que ahora están en circulación. Esto también se puede lograr en una hora, lo que potencialmente hace que sea mucho más fácil rastrear diferentes variantes del virus, especialmente en regiones que no tienen acceso a instalaciones de secuenciación genética.

«Hemos demostrado que nuestra plataforma se puede programar para detectar nuevas variantes que surjan y que podríamos reutilizarla con bastante rapidez», dice James Collins, profesor de ingeniería y ciencias médicas en el Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas (IMES) del MIT y el Departamento de Ingeniería biológica. «En este estudio, nos enfocamos en las variantes del Reino Unido, Sudáfrica y Brasil, pero se podría adaptar fácilmente la plataforma de diagnóstico para abordar la variante Delta y otras que están surgiendo».

Los nuevos diagnósticos, que se basan en la tecnología CRISPR, se pueden ensamblar por alrededor de $ 15, pero esos costos podrían disminuir significativamente si los dispositivos se produjeran a gran escala, dicen los investigadores.

Collins es el autor principal del nuevo estudio, que aparece hoy en Science Advances. Los autores principales del artículo son Helena de Puig, postdoctorado en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard; Rose Lee, instructora de pediatría en el Boston Children’s Hospital y el Beth Israel Deaconess Medical Center y miembro visitante en el Wyss Institute; Devora Najjar, estudiante de posgrado del Media Lab del MIT; y Xiao Tan, investigador clínico del Instituto Wyss e instructor de gastroenterología en el Hospital General de Massachusetts.

Diagnóstico autónomo

Los nuevos diagnósticos se basan en SHERLOCK, una herramienta basada en CRISPR que Collins y otros informaron por primera vez en 2017. Los componentes del sistema incluyen una cadena de ARN guía que permite la detección de secuencias de ARN diana específicas y enzimas Cas. Que escinden estas secuencias y producen un señal fluorescente. Todos estos componentes moleculares pueden liofilizarse para su almacenamiento a largo plazo y reactivarse después de la exposición al agua.

El año pasado, el laboratorio de Collins comenzó a trabajar en la adaptación de esta tecnología para detectar el virus SARS-CoV-2, con la esperanza de poder diseñar un dispositivo de diagnóstico que pueda producir resultados rápidos y ser utilizado con poca o ninguna experiencia. También querían que funcionara con muestras de saliva, haciéndolo aún más fácil para los usuarios.

Para lograr esto, los investigadores tuvieron que incorporar un paso de preprocesamiento crítico que desactiva las enzimas llamadas nucleasas salivales, que destruyen los ácidos nucleicos como el ARN. Una vez que la muestra ingresa al dispositivo, las nucleasas se inactivan mediante el calor y dos reactivos químicos. Luego, el ARN viral se extrae y se concentra pasando saliva a través de una membrana.

«Esa membrana fue la clave para recolectar los ácidos nucleicos y concentrarlos para que pudiéramos obtener la sensibilidad que mostramos con este diagnóstico», dice Lee.

Esta muestra de ARN luego se expone a componentes CRISPR / Cas liofilizados, que se activan mediante la perforación automática de paquetes de agua sellados dentro del dispositivo. La reacción de un solo recipiente amplifica la muestra de ARN y luego detecta la secuencia de ARN diana, si la hubiera.

“Nuestro objetivo era crear diagnósticos totalmente autónomos que no requirieran ningún otro equipo”, dice Tan. «Básicamente, el paciente escupe en este dispositivo, por lo que presionas un émbolo y obtienes una respuesta una hora más tarde».

Los investigadores diseñaron el dispositivo, al que denominan SHERLOCK mínimamente instrumentado (miSHERLOCK), de modo que pueda tener hasta cuatro módulos, cada uno de los cuales busca una secuencia de ARN diana diferente. El formulario original contiene cadenas de ARN guía que detectan cualquier cepa de SARS-CoV-2. Otros módulos son específicos de las mutaciones asociadas con algunas de las variantes que han surgido en el último año, incluidas B.1.1.7, P.1 y B.1.351.

La variante Delta aún no estaba muy extendida cuando los investigadores realizaron este estudio, pero dado que el sistema ya está construido, dicen que debería ser fácil diseñar un nuevo módulo para detectar esa variante. El sistema también podría programarse fácilmente para monitorear nuevas mutaciones que podrían hacer que el virus sea más infeccioso.

«Si desea realizar una investigación epidemiológica más amplia, puede diseñar pruebas antes de que aparezca una mutación preocupante en una población para monitorear mutaciones potencialmente peligrosas en la proteína de pico», dice Najjar.

Variantes de monitorización

Los investigadores primero probaron su dispositivo con saliva humana enriquecida con secuencias sintéticas de ARN del SARS-CoV-2 y luego con aproximadamente 50 muestras de pacientes dieron positivo al virus. Descubrieron que el dispositivo era tan preciso como las pruebas de PCR estándar de oro que se utilizan ahora, que requieren hisopos nasales y requieren más tiempo y mucho más hardware y manipulación de muestras para producir resultados.

El dispositivo produce una lectura fluorescente que se puede ver a simple vista, y los investigadores también diseñaron una aplicación para teléfonos inteligentes que puede leer los resultados y enviarlos a los departamentos de salud pública para un monitoreo más fácil.

Los investigadores creen que su dispositivo podría producirse a un costo de entre $ 2 y $ 3 por dispositivo. De ser aprobados por la FDA y producidos a gran escala, predicen que este tipo de diagnósticos podrían ser útiles tanto para personas que quieran poder realizar pruebas en casa, como en centros de salud en áreas sin acceso generalizado a las pruebas de PCR. o secuenciación genética de variantes de SARS-CoV-2.

«La capacidad de detectar y rastrear estas variantes es esencial para una salud pública eficaz, pero lamentablemente las variantes actualmente solo se diagnostican mediante secuenciación de ácidos nucleicos en centros epidemiológicos especializados que son escasos incluso en países ricos en recursos», dice de Puig.

La investigación fue financiada por el Instituto Wyss; el grupo Paul G. Allen Frontiers; el Centro de Investigación del SIDA de la Universidad de Harvard, que cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud; una beca postdoctoral de la Sociedad Americana de Medicina e Higiene Tropical Burroughs-Wellcome; un premio Takeda Pharmaceutical Research Scholar Award de la Asociación Estadounidense de Gastroenterología; y una beca del Centro MIT-TATA.