El tipo de prueba mas comun para el nuevo coronavirus toma varias horas y es incomodo; las muestras se obtienen deslizando un hisopo en la nariz o la garganta.
Estoy colaborando con otros cientificos, incluidos Yin-Ting Yeh en Penn State, Elodie Ghedin en la Universidad de Nueva York, Shengxi Huang en Penn State y Sharon X. Huang en Penn State, en una herramienta de diagnostico para atrapar e identificar virus rapidamente usando un laser. haz y un detector. El equipo me incluye a mi, un fisico, asi como a virologos, ingenieros, quimicos y cientificos de datos.
Como hacemos el trabajo
Nuestro enfoque utiliza una tecnica llamada espectroscopia Raman para identificar virus al encender una luz en un cartucho desechable que recolecta muestras de hisopos de algodon orales o de una persona que sopla a traves del dispositivo. Una vez que se recolecta una muestra, un espectrometro mide las vibraciones interatomicas que resultan de hacer brillar la luz sobre los virus recolectados. Cada virus tiene sus propias vibraciones caracteristicas, que actuan como una especie de huella digital optica que puede distinguir el coronavirus de, por ejemplo, el virus que causa la gripe.
Podriamos capturar virus de la saliva de los pacientes tomada con un hisopo o por una persona que sopla a traves de un dispositivo, llamado cartucho de microfluidos. El aire y el liquido pasan por una serie de nanotubos de carbono, moleculas en forma de cilindro que se utilizan en diferentes materiales.
Los diametros de los nanotubos son microscopicos, entre 10-60 nanometros. Debido a que son mas pequenos que los microbios (los virus de la gripe varian entre 90 y 120 nanometros de diametro y los coronavirus entre 125 y 150 nm de diametro), los patogenos se acumulan en los nanotubos de carbono. Una vez atrapados al pasar a traves de los nanotubos de carbono, los virus pueden identificarse opticamente haciendo brillar un laser sobre la muestra. Hacer brillar la luz sobre los nanotubos de carbono y los patogenos crea una huella digital optica distintiva, o «picos Raman».
Despues de recibir rayos laser, diferentes microbios emitiran radiacion en diferentes longitudes de onda que se pueden medir para identificar el patogeno. Universidad Estatal de Pensilvania, CC BY
Despues de que el laser brilla sobre la muestra atrapada, los algoritmos de aprendizaje automatico identifican el espectro caracteristico del virus que resulta de la luz que rebota en las particulas del virus. Con la ayuda del aprendizaje automatico, la identificacion lleva menos de dos minutos con una tasa de precision de hasta el 70 % al 90 %, comparable a las tecnicas de microbiologia de ultima generacion.
Por que importa
En este momento, la deteccion rapida y precisa del nuevo coronavirus es de suma importancia. Si bien la espectroscopia Raman tiene el potencial de ser de gran ayuda para identificar este virus, los medicos tambien pueden usar esta tecnica para detectar otras enfermedades, como la influenza. Al identificar el virus de manera facil, rapida y en el punto de contacto, la espectroscopia Raman podria detener significativamente la propagacion de la enfermedad.
Compare eso con nuestros metodos actuales de analisis de muestras; un proceso que es relativamente lento, tedioso, laborioso y requiere un escrutinio extenso en los laboratorios. La deteccion temprana y rapida con este nuevo dispositivo tiene el potencial de salvar cientos de miles de vidas cada ano.
Que otro trabajo se esta haciendo
Para la identificacion de virus, las tecnologias existentes proporcionan una deteccion relativamente sensible. Sin embargo, tardan varias horas y, en ocasiones, dias, dependiendo de la calidad de la muestra recolectada porque las bajas concentraciones de virus son muy dificiles de procesar y dan como resultado falsos negativos.
Desafortunadamente, tanto los metodos inmunologicos como los moleculares, incluido el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) y la reaccion en cadena de la polimerasa (PCR), requieren un conocimiento previo de las cepas. Otra tecnica conocida como secuenciacion profunda es otro nuevo enfoque prometedor, pero obtener suficientes lecturas virales para que funcione bien depende de la calidad de la muestra y su preparacion. Los pasos de procesamiento implican la incorporacion de diferentes equipos de mesa, reactivos y experiencia tecnica. Esta tecnica Raman se ha desarrollado recientemente para identificar diferentes bacterias, lo que demuestra que la tecnica es realmente novedosa y viable.
Que sigue
Estamos solicitando fondos federales para demostrar que esta tecnologia funciona para el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19, y luego construir prototipos confiables que puedan ampliarse para la produccion en masa y el despliegue en el campo. Tambien estamos hablando con varios fabricantes y explorando formas de hacer avanzar la tecnologia para ayudar en la crisis actual.
Hemos tenido exito en la captura de virus respiratorios humanos de muestras clinicas utilizando esta tecnica. Eventualmente, prevemos que esta tecnologia estara disponible para cualquier persona que visite a su medico de cabecera. En dos minutos, una persona sabria si tiene un virus respiratorio al comparar el resultado de la prueba de espectroscopia con otros resultados en una base de datos. En el futuro, esta tecnologia podria estar en hospitales, aeropuertos y dentro de aviones comerciales para evitar brotes. Y los virus capturados, aun viables, pueden replicarse para desarrollar una vacuna.
