Tvärvetenskapligt team för att utveckla en ny fysikbaserad teknik för upptäckt av COVID-19

En av de mest utmanande aspekterna av COVID-19-pandemin har varit bristen på tester som behövs för att upptäcka och spåra infektioner-och utan adekvat testning, regeringstjänstemän har inte den information de behöver för att fatta bästa möjliga beslut i folkhälsans intresse.

Förutom att det är en bristvara, de flesta tester använder biokemikalier som är dyra och svåra att producera, kräver långa svarstider för testresultat och ger ett stort antal falskt negativa resultat-vilket innebär att vissa människor som testar negativa fortfarande kan bli smittade och omedvetet sprida sjukdomen. Och även om nyare testmetoder som detekterar antikroppar i blodet, baserat på den så kallade ELISA-metoden, kommer snabbt online, forskare och läkare ifrågasätter deras effektivitet.

NAU -professor Miguel José Yacamán, en fysiker och materialvetare i Center for Materials Interfaces in Research and Applications (¡MIRA!), har samlat ett tvärvetenskapligt team för att utveckla en ny testteknik som lovar att övervinna alla dessa utmaningar. Projektet, "Utveckling av ett nytt test för SARS-CoV-2 med hjälp av Single Molecule Surface Enhanced Raman Spectroscopy, "tilldelades nyligen $ 200, 000 bidrag från National Science Foundation's Rapid Response Research (RAPID) finansieringsprogram som stöder virusrelaterad forskning. Även om laget har ett år på sig att utveckla det nya testet, José Yacamán planerar att uppnå detta mål ännu tidigare.

Teamet kommer att utveckla det nya testet genom att tillämpa koncept från fysik, inte biokemi, José Yacamán förklarar. De kommer att fokusera på de senaste upptäckterna inom de framväxande områdena nanoteknik, plasmoniska nanopartiklar och 2D -material (liknande grafen).

"Projektgruppen kommer att använda icke-traditionella tekniker för att upptäcka virus hos infekterade patienter. Vi kommer att utveckla en alternativ metod baserad på de senaste framstegen inom fysik relaterad till ljusets interaktion med materia, " han sa.

Metoden, Single Molecule Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SM-SERS), kommer att upptäcka S-proteinerna från SARs-Cov-2-viruset, som deltar i infektion på cellnivå. "SM-SERS förmåga att upptäcka så lite som en proteinmolekyl gör det möjligt för vårdpersonal att upptäcka infektion tidigt och följa upp patienter som återhämtar sig från sjukdomen."

Projektets huvudutredare, José Yacamán kommer att arbeta i samarbete med två ¡MIRA! kollegor, docent Andy Koppisch, en biokemist, och docent i praktiken Rob Kellar, en biomedicinsk ingenjör; och med Regents professor Paul Keim, en mikrobiell genetiker, och professor Dave Wagner, en sjukdomsekolog, både med NAU:s Pathogen and Microbiome Institute (PMI).

I sitt tidigare arbete, José Yacamán har använt ytförstärkt Raman-spektroskopi för att upptäcka glykoproteiner och sialinsyra som en metod för att testa bröstcancer, som nu befinner sig i det sista godkännandefasen för kommersiellt bruk.

"När det gäller SARS-CoV-2-viruset, det var en naturlig förlängning att tillämpa samma tekniker, " han sa, "men det kommer att kräva expertis från våra PMI -kollegor, som odlar SARS-CoV-2-viruset i sina laboratorier, att lyckas."

Stora framsteg inom vetenskapen sker nästan alltid i gränssnittet mellan discipliner, och detta är ett bra exempel. Jag tror att detta fungerar mellan ¡MIRA! och PMI kan vara en spelväxlare i vår kamp mot COVID-19. "

Paul Keim, PMI verkställande direktör

"Detta projekt är ett gemensamt arbete mellan forskare inom ¡MIRA! Och PMI, "sa ¡MIRA! direktör och professor Jennifer Martinez." Det visar kraften i tvärvetenskapligt arbete för att skapa nya idéer och nya finansieringsmöjligheter-och, viktigast, vikten av att ha kompetenscentrum för att driva ny forskning för NAU. "

"Om det lyckas, vår forskning kommer att vara det första steget i utvecklingen av en metod baserad på fysik som kommer att vara snabb och billig, med hög känslighet och specificitet och låg andel falska negativ, "sa Yacaman." Detta test kommer att vara en mycket mer exakt och tillförlitlig metod för att upptäcka infektioner. "

"Det är tänkbart att när vi har utvecklat detta test, bärbar Raman -utrustning kan användas i stor utsträckning i många olika populationer; till exempel, på landsbygden eller i avlägsna samhällen eller på stationer i skolor, fabriker, samhällscentra och så vidare, förutom traditionella testplatser, " han sa.

"När en omfattande testning pågår, ytterligare analys av SM-SERS-data hjälper forskare att förstå förändringar av virusproteinerna och hjälpa till att utveckla antivirala läkemedel. "

• Studien syftar till att identifiera markörer som förutsäger hur COVID-19 påverkar patienter
• Studie:Tarmmikrobiomer hos astronauter blir mer olika i rymden än mindre