El dispositivo también se puede utilizar para detectar mutaciones virales específicas vinculadas a algunas de las variantes del SARS-CoV-2 que ahora están circulando. Este resultado también se puede obtener en una hora, potencialmente haciendo mucho más fácil rastrear diferentes variantes del virus, especialmente en regiones que no tienen acceso a instalaciones de secuenciación genética.
Demostramos que nuestra plataforma se puede programar para detectar nuevas variantes que surjan, y que podríamos reutilizarlo con bastante rapidez. En este estudio, apuntamos al Reino Unido, Sudafricano, y variantes brasileñas, pero podría adaptar fácilmente la plataforma de diagnóstico para abordar la variante Delta y otras que están surgiendo ".
James Collins, el Profesor Termeer de Ingeniería y Ciencia Médica en el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica (IMES) del MIT y en el Departamento de Ingeniería Biológica
El nuevo diagnóstico, que se basa en la tecnología CRISPR, se puede montar por unos $ 15, pero esos costos podrían reducirse significativamente si los dispositivos se produjeran a gran escala, dicen los investigadores.
Collins es el autor principal del nuevo estudio, que aparece hoy en Avances de la ciencia . Los autores principales del artículo son Helena de Puig, un postdoctorado en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard; Rose Lee, instructora en 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 en el Media Lab del MIT; y Xiao Tan, miembro clínico del Instituto Wyss e instructor de gastroenterología en el Hospital General de Massachusetts.
El nuevo diagnóstico se basa en SHERLOCK, una herramienta basada en CRISPR que Collins y otros informaron por primera vez en 2017. Los componentes del sistema incluyen una cadena guía de ARN que permite la detección de secuencias de ARN diana específicas, y enzimas Cas que escinden esas secuencias y producen una señal fluorescente. Todos estos componentes moleculares pueden liofilizarse para su almacenamiento a largo plazo y reactivarse tras 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 que pudieran diseñar un dispositivo de diagnóstico que pudiera producir resultados rápidos y ser operado con poca o ninguna experiencia. También querían que funcionara con muestras de saliva, haciéndolo aún más fácil para los usuarios.
Para lograr eso, los investigadores tuvieron que incorporar un paso de preprocesamiento crítico que desactiva las enzimas llamadas nucleasas salivales, que destruyen ácidos nucleicos como el ARN. Una vez que la muestra entra en el dispositivo, las nucleasas se inactivan mediante calor y dos reactivos químicos. Luego, El ARN viral se extrae y concentra pasando la saliva a través de una membrana.
“Esa membrana fue clave para recolectar los ácidos nucleicos y concentrarlos para que podamos obtener la sensibilidad que estamos mostrando 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 objetivo, si está presente.
"Nuestro objetivo era crear un diagnóstico completamente autónomo que no requiriera ningún otro equipo, "Tan dice". Básicamente, el paciente escupe en este dispositivo, y luego presionas un desatascador y obtienes una respuesta una hora después ".
Los investigadores diseñaron el dispositivo, que ellos llaman SHERLOCK mínimamente instrumentado (miSHERLOCK), de modo que puede tener hasta cuatro módulos, cada uno de los cuales busca una secuencia de ARN diana diferente. El módulo original contiene hebras de guía de ARN que detectan cualquier cepa de SARS-CoV-2. Otros módulos son específicos de mutaciones asociadas con algunas de las variantes que han surgido en el último año, incluido 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 como el sistema ya está construido, dicen que debería ser sencillo 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 hacer una encuesta epidemiológica más amplia, puede diseñar ensayos antes de que aparezca una mutación de interés en una población, para monitorear mutaciones potencialmente peligrosas en la proteína de pico, "Dice Najjar.
Los investigadores primero probaron su dispositivo con saliva humana enriquecida con secuencias sintéticas de ARN del SARS-CoV-2, y luego con alrededor de 50 muestras de pacientes que 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 facilitar el seguimiento.
Los investigadores creen que su dispositivo podría producirse a un costo tan bajo como $ 2 a $ 3 por dispositivo. Si está aprobado por la FDA y se fabrica a gran escala, imaginan que este tipo de diagnóstico podría ser útil para las personas que desean poder realizar la prueba en casa, o en centros de salud en áreas sin acceso generalizado a las pruebas de PCR o secuenciación genética de las variantes del SARS-CoV-2.
"La capacidad de detectar y rastrear estas variantes es esencial para una salud pública eficaz, pero desafortunadamente, Actualmente, las variantes se diagnostican solo mediante secuenciación de ácidos nucleicos en centros epidemiológicos especializados que son escasos incluso en países ricos en recursos. "dice de Puig.
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