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Programa InfoSalud (Argentina)

Biosensor permite la detección ultrarrápida y económica del SARS-CoV-2

Publicado em 06 julho 2021

Por José Tadeu Arantes, da Agência FAPESP

Los desafíos producidos por la pandemia de Covid-19 han estimulado innovaciones en distintos frentes. Una de ellas es el desarrollo de métodos de bajo costo para el diagnóstico clínico. En ese campo se insertan los genosensores. Basados en ácidos nucleicos que detectan líneas simples con secuencias complementarias de ADN o ARN, los genosensores son biosensores que posibilitan pruebas masivas para detección inmediata y sensible de material genético.

Un dispositivo de este tipo, de probada eficacia en la detección del SARS-CoV-2, acaba de ser producido por un equipo multidisciplinario de investigadores de diversas instituciones, coordinado por el físico Osvaldo Novais de Oliveira Junior, profesor del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP).

El resultado del análisis puede estar listo en 30 minutos, con costos a escala de laboratorio de menos de un dólar por cada genosensor. El costo de los componentes del medidor de impedancia, que es una parte duradera del dispositivo, es inferior a mil reales. El dispositivo ya existe, a escala de laboratorio, y la tecnología se puede transferir a cualquier empresa que cumpla con los requisitos necesarios para la producción en masa.

“Nuestro genosensor es capaz de inmovilizar una línea simple de ADN, que se utiliza como secuencia de captura. En condiciones apropiadas, la hebra única inmovilizada se une a otra hebra simple y complementaria de ADN que puede estar contenida en la muestra líquida que se va a analizar. Este proceso, llamado hibridación, denuncia la presencia de SARS-CoV-2 en la muestra, que puede estar constituida por saliva u otros fluidos corporales”, explica la química Juliana Coatrini Soares a Agência FAPESP.

Soares es la primera autora de un artículo que describe el trabajo, publicado en la revista Materials Chemistry Frontiers.

Cómo funciona
El dispositivo está compuesto por una monocapa autoensamblada de ácido 11-mercaptoundecanoico (11-MUA) unida químicamente a electrodos de vidrio que contienen pistas de oro del tamaño de un micrómetro o a superficies que contienen nanopartículas de oro. Este entorno es capaz de inmovilizar la hebra única de ADN o ARN utilizada como secuencia de captura. Y la hibridación con la hebra complementaria que pueda existir en la muestra se denuncia mediante la variación de parámetros físicos, detectada por espectroscopia de impedancia eléctrica o electroquímica y resonancia de plasmón superficial localizado.

“Después de la hibridación, hay un aumento de la resistencia eléctrica en la superficie del sensor, que puede ser monitoreada por un analizador de impedancia de bajo costo, en el rango de US$ 100, desarrollado en nuestro laboratorio por el ingeniero Lorenzo Buscaglia, uno de los miembros del grupo. Otro efecto de la hibridación entre la secuencia de captura y la secuencia complementaria del SARS-CoV-2 es el desplazamiento del pico de absorbancia en el espectro transmitido, que se puede monitorear mediante resonancia de plasmón superficial localizado, utilizando un espectrofotómetro ”, explica el químico Paulo Augusto Raymundo Pereira, de IFSC-USP, quien participó en la investigación.

La mayor sensibilidad alcanzada en el estudio corresponde a 0,3 copias por microlitro, suficiente para detectar la secuencia de ADN en la saliva u otros fluidos corporales. Y el diagnóstico de secuencias complementarias de SARS-CoV-2 también se realizó mediante técnicas de aprendizaje automático aplicadas a imágenes de microscopía electrónica de barrido obtenidas de genosensores expuestos a diferentes concentraciones de las secuencias de ADN complementarias.

“Al aplicar algoritmos de aprendizaje automático al procesamiento de imágenes, pudimos obtener una alta precisión de distinción entre las diferentes concentraciones de secuencias complementarias de ADN del SARS-CoV-2”, informa Raymundo Pereira.

En todos los experimentos de detección, la selectividad de los genosensores se verificó con muestras de control, incluida una secuencia negativa para SARS-CoV-2 y otros biomarcadores de ADN no relacionados con el nuevo coronavirus. Analizando los datos obtenidos con la técnica de proyección multidimensional IDMAP (mapeo interactivo de documentos), se observó una clara separación entre muestras de secuencia de ADN complementario a diversas concentraciones y muestras que contienen una secuencia no complementaria y otros biomarcadores de ADN no correlacionados con el SARS-CoV-2.

“La ventaja de utilizar distintas metodologías de detección radica en la versatilidad del modo de operación, que permite la implementación del método de diagnóstico según la realidad de cada país o cada región de países continentales, como es el caso de Brasil. Y nuestro genosensor es prometedor para detectar material genético de nuevas variantes del SARS-CoV-2. Para ello, una vez conocida la secuenciación genética de la variante, basta con cambiar la hebra simple de ADN utilizada como secuencia de captura”, comenta Oliveira Junior.

El equipo multidisciplinario que desarrolló el dispositivo estuvo integrado por investigadores del IFSC-USP, del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), del Instituto de Ciencias Matemáticas y de Computación (ICMC-USP), de la Embrapa Instrumentation y del Instituto de Investigaciones Pelé Pequeno Príncipe, de Curitiba, Paraná.

El estudio contó con el apoyo de la FAPESP a través de diez proyectos (16 / 01919-6, 19 / 13514-9, 18 / 18953-8, 19 / 00101-8, 20 / 02938-0, 16 / 23763-8, 19 / 07811- 0, 18 / 19750-3, 14 / 50867-3 y 18 / 22214-6).

Al artículo “Detección de una secuencia de SARS-CoV-2 con genosensores mediante análisis de datos basado en visualización de información y técnicas de lectura automática” puede accederse en https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/qm/d1qm00665g#!divAbstract.

 Traducción Programa INFOCIENCIA