Team interdisciplinare per sviluppare una nuova tecnologia basata sulla fisica per il rilevamento di COVID-19

Uno degli aspetti più impegnativi della pandemia di COVID-19 è stata la mancanza di test necessari per rilevare e tracciare le infezioni e senza test adeguati, i funzionari governativi non dispongono dei dati di cui hanno bisogno per prendere le migliori decisioni possibili nell'interesse della salute pubblica.

Oltre a scarseggiare, la maggior parte dei test utilizza sostanze biochimiche costose e difficili da produrre, richiedono lunghi tempi di risposta per i risultati dei test e producono un numero elevato di risultati falsi negativi, il che significa che alcune persone che risultano negative al test potrebbero essere ancora infette e diffondere inconsapevolmente la malattia. E sebbene i metodi di test più recenti che rilevano gli anticorpi nel sangue, basato sul cosiddetto metodo ELISA, stanno venendo rapidamente online, scienziati e medici mettono in dubbio la loro efficacia.

Professore NAU Miguel José Yacamán, un fisico e scienziato dei materiali nel Center for Materials Interfaces in Research and Applications (¡MIRA!), ha riunito un team interdisciplinare per sviluppare una nuova tecnologia di test che promette di superare tutte queste sfide. Il progetto, "Sviluppo di un nuovo test per SARS-CoV-2 utilizzando la spettroscopia Raman potenziata con superficie a singola molecola, " è stato recentemente premiato con $ 200, 000 sovvenzione dal programma di finanziamento Rapid Response Research (RAPID) della National Science Foundation a sostegno della ricerca correlata ai virus. Sebbene il team abbia un anno per sviluppare il nuovo test, José Yacamán prevede di raggiungere questo obiettivo anche prima.

Il team svilupperà il nuovo test applicando concetti di fisica, non biochimica, spiega José Yacamán. Si concentreranno sulle recenti scoperte nei campi emergenti della nanotecnologia, nanoparticelle plasmoniche e materiali 2D (simili al grafene).

"Il team del progetto utilizzerà tecniche non tradizionali per rilevare il virus nei pazienti infetti. Svilupperemo un metodo alternativo basato sui recenti progressi della fisica relativi all'interazione della luce con la materia, " Egli ha detto.

Il metodo, Spettroscopia Raman potenziata con superficie a singola molecola (SM-SERS), rileverà le proteine ​​S del virus SARs-Cov-2, che partecipano all'infezione a livello cellulare. "La capacità di SM-SERS di rilevare anche una sola molecola di proteina consentirà agli operatori sanitari di rilevare precocemente l'infezione e seguire i pazienti che guariscono dalla malattia".

Il principale investigatore del progetto, José Yacamán lavorerà in collaborazione con due ¡MIRA! colleghi, professore associato Andy Koppisch, un biochimico, e professore associato di pratica Rob Kellar, un ingegnere biomedico; e con il professor Paul Keim di Regents, un genetista microbico, e il professor Dave Wagner, un ecologista della malattia, entrambi con il Pathogen and Microbiome Institute (PMI) di NAU.

Nel suo lavoro precedente, José Yacamán ha utilizzato la spettroscopia Raman potenziata in superficie per rilevare le glicoproteine ​​e l'acido sialico come metodo di test per il cancro al seno, che è ora in fase di approvazione finale per l'uso commerciale.

"Nel caso del virus SARS-CoV-2, era un'estensione naturale applicare le stesse tecniche, " Egli ha detto, "ma richiederà l'esperienza dei nostri colleghi di PMI, che stanno coltivando il virus SARS-CoV-2 nei loro laboratori, riuscire".

I grandi progressi della scienza avvengono quasi sempre all'interfaccia tra discipline, e questo è un ottimo esempio. Penso che questo lavoro tra ¡MIRA! e PMI potrebbero essere un punto di svolta nella nostra lotta contro il COVID-19".

Paul Keim, Direttore esecutivo di PMI

"Questo progetto è uno sforzo congiunto tra i ricercatori di ¡MIRA! e PMI, " ha affermato la direttrice e professoressa di ¡MIRA! Jennifer Martinez. "Mostra il potere del lavoro interdisciplinare per la creazione di nuove idee e nuove opportunità di finanziamento - e, più importante, l'importanza di avere centri di eccellenza per guidare nuove ricerche per NAU."

"In caso di successo, la nostra ricerca sarà il primo passo per sviluppare un metodo basato sulla fisica che sarà veloce ed economico, con elevata sensibilità e specificità e bassa percentuale di falsi negativi, " ha detto Yacaman. "Questo test sarà un metodo molto più preciso e affidabile per rilevare le infezioni".

"È concepibile che una volta sviluppato questo test, l'attrezzatura Raman portatile può essere ampiamente utilizzata in molte popolazioni diverse; ad esempio, nelle comunità rurali o remote o nei punti di assistenza nelle scuole, fabbriche, centri sociali e così via, oltre ai tradizionali siti di test, " Egli ha detto.

"Una volta avviati i test diffusi, un'ulteriore analisi dei dati SM-SERS aiuterà gli scienziati a comprendere i cambiamenti sulle proteine ​​del virus e aiuterà a sviluppare farmaci antivirali".

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