Tverrfaglig team for å utvikle en ny fysikkbasert teknologi for påvisning av COVID-19

Et av de mest utfordrende aspektene ved COVID-19-pandemien har vært mangel på testing som trengs for å oppdage og spore infeksjoner-og uten tilstrekkelig testing, myndighetspersoner har ikke de dataene de trenger for å ta de best mulige avgjørelsene av hensyn til folkehelsen.

I tillegg til å være mangelvare, de fleste tester bruker biokjemikalier som er dyre og vanskelige å produsere, krever lange behandlingstider for testresultater og gir et stort antall falske negative resultater-noe som betyr at noen mennesker som tester negative fortsatt kan bli smittet og uvitende spre sykdommen. Og selv om nyere testmetoder som oppdager antistoffer i blodet, basert på den såkalte ELISA-metoden, kommer raskt på nett, forskere og leger stiller spørsmål ved deres effekt.

NAU -professor Miguel José Yacamán, en fysiker og materialforsker i Center for Materials Interfaces in Research and Applications (¡MIRA!), har samlet et tverrfaglig team for å utvikle en ny testteknologi som lover å overvinne alle disse utfordringene. Prosjektet, "Utvikling av en ny test for SARS-CoV-2 ved bruk av Single Molecule Surface Enhanced Raman Spectroscopy, "ble nylig tildelt $ 200, 000 tilskudd fra National Science Foundation's Rapid Response Research (RAPID) finansieringsprogram som støtter virusrelatert forskning. Selv om teamet har ett år på seg til å utvikle den nye testen, José Yacamán planlegger å nå dette målet enda tidligere.

Teamet vil utvikle den nye testen ved å anvende konsepter fra fysikk, ikke biokjemi, José Yacamán forklarer. De vil fokusere på nylige funn innen de nye feltene nanoteknologi, plasmoniske nanopartikler og 2D -materialer (ligner grafen).

"Prosjektgruppen vil bruke ikke-tradisjonelle teknikker for å oppdage virus hos infiserte pasienter. Vi vil utvikle en alternativ metode basert på nylige fysiske fremskritt knyttet til samspillet mellom lys og materie, " han sa.

Metoden, Single Molecule Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SM-SERS), vil oppdage S-proteinene til SARs-Cov-2-viruset, som deltar i infeksjon på mobilnivå. "SM-SERS evne til å oppdage så lite som ett proteinmolekyl vil gjøre det mulig for helsepersonell å oppdage infeksjon tidlig og følge opp pasienter som kommer seg etter sykdommen."

Hovedetterforsker av prosjektet, José Yacamán vil jobbe i samarbeid med to ¡MIRA! kollegaer, førsteamanuensis Andy Koppisch, en biokjemiker, og førsteamanuensis i praksis Rob Kellar, en biomedisinsk ingeniør; og med regentenes professor Paul Keim, en mikrobiell genetiker, og professor Dave Wagner, en sykdomsøkolog, begge med NAUs Pathogen and Microbiome Institute (PMI).

I sitt tidligere arbeid, José Yacamán har brukt overflateforbedret Raman-spektroskopi for å påvise glykoproteiner og sialinsyre som en metode for testing av brystkreft, som nå er i siste godkjenningsfase for kommersiell bruk.

"Når det gjelder SARS-CoV-2-viruset, det var en naturlig forlengelse å bruke de samme teknikkene, " han sa, "men det vil kreve ekspertisen til våre PMI -kolleger, som dyrker SARS-CoV-2-viruset i laboratoriene sine, å lykkes."

Store fremskritt innen vitenskap skjer nesten alltid i grensesnittet mellom disipliner, og dette er et godt eksempel. Jeg tror at dette fungerer mellom ¡MIRA! og PMI kan være en spillveksler i kampen mot COVID-19. "

Paul Keim, Administrerende direktør i PMI

"Dette prosjektet er en felles innsats mellom forskere innen ¡MIRA! Og PMI, "sa ¡MIRA! direktør og professor Jennifer Martinez." Det viser kraften i tverrfaglig arbeid for å skape nye ideer og nye finansieringsmuligheter-og, viktigst, viktigheten av å ha ekspertisentre for å drive ny forskning for NAU. "

"Hvis det lykkes, vår forskning vil være det første trinnet i å utvikle en metode basert på fysikk som vil være rask og billig, med høy sensitivitet og spesifisitet og lav prosentandel falske negativer, "sa Yacaman." Denne testen vil være en mye mer presis og pålitelig metode for å oppdage infeksjoner. "

"Det kan tenkes at når vi har utviklet denne testen, bærbart Raman -utstyr kan brukes mye i mange forskjellige populasjoner; for eksempel, på landsbygda eller i fjerntliggende lokalsamfunn eller på stasjoner som er omsorgsplasserte på skoler, fabrikker, samfunnshus og så videre, i tillegg til tradisjonelle teststeder, " han sa.

"Når utbredt testing er i gang, ytterligere analyse av SM-SERS-dataene vil hjelpe forskere til å forstå endringer på virusproteinene og bidra til å utvikle antivirale legemidler. "

• Studien tar sikte på å identifisere markører som forutsier hvordan COVID-19 påvirker pasienter
• Studie:Tarmmikrobiomer fra astronauter blir mer mangfoldige i rommet i stedet for mindre