Notícia

Przecław News (Polônia)

Biosensor umozliwia ultraszybkie i tanie wykrywanie Covid

Publicado em 10 agosto 2021

Wyzwania stawiane przez pandemie COVID-19 pobudzily innowacje na kilku frontach. Pierwszym z nich jest opracowanie tanich metod diagnozy klinicznej. Przykladem tego sa czujniki genotypowe. Oparte na kwasach nukleinowych wykrywajace sekwencje DNA lub proste komplementarne RNA, sensory genetyczne sa biosensorami, które umozliwiaja wykonywanie masowych testów do natychmiastowego i czulego badania materialu genetycznego.

Urzadzenie tego typu, o udowodnionej juz skutecznosci w wykrywaniu SARS-CoV-2, wlasnie zostalo wyprodukowane w Brazylii przez multidyscyplinarny zespól badaczy powiazanych z róznymi instytucjami i kierowany przez fizyka Osvaldo Novaes de Oliveira Jr Jest profesorem w Instytucie Fizyki São Carlos na Uniwersytecie São Paulo (IFSC-USP).

Wynik analizy moze byc gotowy w ciagu 30 minut, przy koszcie w skali laboratoryjnej ponizej 1 USD na czujnik genetyczny. Komponenty analizatora impedancji, stanowiacego stala czesc urzadzenia, kosztuja mniej niz 200 USD. Urzadzenie jest juz na skale laboratoryjna, a technologie mozna przeniesc do dowolnej firmy, która ma srodki na jej masowa produkcje.

“Nasz czujnik genów moze unieruchomic prosta nic DNA uzywana jako sonda wychwytujaca. W odpowiednich warunkach nic utrwalona wiaze sie z komplementarna nicia DNA obecna w analizowanej próbce cieklej. Proces ten, zwany hybrydyzacja, wskazuje na obecnosc SARS-CoV-2 w próbce, która moze byc slina lub inne plyny ustrojowe” – powiedziala chemik Juliana Quatrini Soares.

Soares jest pierwszym autorem artykulu opisujacego badania i opublikowany W zakresie chemii materialów.

Jak to dziala

Urzadzenie sklada sie z samoorganizujacej sie monowarstwy kwasu 11-merkaptoundekanowego (11-MUA) zwiazanego chemicznie ze szklanymi elektrodami zawierajacymi mikrometryczne wlókna zlota lub powierzchniami zawierajacymi nanoczastki zlota. To srodowisko jest w stanie unieruchomic prosta nic DNA lub RNA stosowana jako sonda wychwytujaca. Hybrydyzacja z komplementarnym pasmem, jesli jest obecna w próbce, jest pokazana przez róznice w parametrach fizycznych ujawnionych przez elektrochemiczna spektroskopie impedancji i rezonans zlokalizowany na powierzchni.

„Po hybrydyzacji nastepuje wzrost rezystancji elektrycznej na powierzchni czujnika, która mozna monitorowac za pomoca niedrogiego analizatora rezystancji, który kosztuje okolo 100 USD i zostal opracowany w naszym laboratorium przez inzyniera. Lorenzo Buscaglia, czlonek grupy. Innym efektem hybrydyzacji miedzy sekwencja wychwytujaca a komplementarna sekwencja SARS-CoV-2 jest przesuniecie piku absorpcji w widmie transmitowanym, które mozna monitorowac za pomoca zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego za pomoca spektrofotometru” – powiedzial chemik. Paulo Augusto Raimundo Pereira, w badaniach uczestniczyl badacz z IFSC-USP.

Najwyzsza czulosc uzyskana w badaniu odpowiada 0,3 kopii na mikrolitr, co wystarcza do wykrycia sekwencji DNA w slinie lub innych plynach ustrojowych. Komplementarne sekwencje SARS-CoV-2 zostaly równiez zdiagnozowane za pomoca technik uczenia maszynowego stosowanych do skanowania obrazów z mikroskopu elektronowego uzyskanych z czujników genów poddanych dzialaniu róznych stezen komplementarnych sekwencji DNA.

„Dzieki zastosowaniu algorytmów uczenia maszynowego do przetwarzania obrazu bylismy w stanie uzyskac wysoki stopien dokladnosci w rozróznianiu róznych stezen komplementarnych sekwencji DNA SARS-CoV-2” – powiedzial Raymundo-Pereira.

W eksperymentach detekcyjnych weryfikowano czulosc czujników genetycznych w próbkach kontrolnych, w tym sekwencji ujemnych dla SARS-CoV-2 i innych biomarkerów DNA niezwiazanych z wirusem. Analiza danych uzyskanych za pomoca wielowymiarowej techniki projekcji zwanej interaktywnym mapowaniem dokumentów (IDMAP) wykazala wyrazny rozdzial miedzy komplementarnymi sekwencjami DNA w róznych stezeniach a próbkami zawierajacymi niekomplementarne sekwencje lub inne biomarkery DNA niezwiazane z SARS-CoV-2.

“Zaleta zastosowania kilku metodologii wykrywania jest wszechstronny tryb dzialania, dzieki któremu metode diagnostyczna mozna wdrozyc zgodnie z realiami kazdego kraju lub w róznych regionach krajów o wielkosci kontynentu, takiego jak Brazylia. Nasz czujnik genów jest równiez obiecujacy jako detektor materialu genetycznego z nowych wariantów SARS-CoV-2.Aby to zrobic, jesli znana jest sekwencja genetyczna wariantu, mozna po prostu zamienic prosta nic DNA uzywana jako sonda wychwytujaca” – wyjasnil Oliveira Jr.

W sklad interdyscyplinarnego zespolu, który opracowal urzadzenie, weszli naukowcy z Instytutu Fizyki São Carlos na Uniwersytecie w São Paulo (IFSC-USP), Instytutu Chemii São Carlos (IQSC-USP), Instytutu Nauk Matematycznych i Informatycznych (ICMC- USP) oraz Zespolem Oprzyrzadowania Brazylijskiej Korporacji Badan Rolniczych (EMBRAPA) oraz Instytutem Badawczym Pele Pequeno Principe w Kurytybie w stanie Paraná.