בדיקות מהירות, זולות ומדויקות עדיין נחוצות למעקב אפידמיולוגי ושירותי בריאות כדי לנטר ולמנוע את התפשטות SARS-CoV-2. חוקרים ברזילאים תרמו למאמצים של תחום זה על ידי יצירת חיישן אימונו-כימי אלקטרוכימי המזהה נוגדנים נגד הנגיף.
החידוש מתואר במאמר שפורסם בכתב העת ACS Biomaterials Science and Engineering.
בחיפוש אחר שיטת אבחון חדשנית, הקבוצה בחרה חומר המשמש לעתים קרובות במטלורגיה – תחמוצת אבץ – ושילבה אותו לראשונה עם זכוכית בדיל תחמוצת (FTO) מסוממת בפלואור, חומר מוליך המשמש באלקטרודות לפוטו-וולטאיות ועוד מתקדם. יישומים.
“עם שילוב יוצא דופן זה ותוספת של ביומולקולה, חלבון הספייק הנגיפי, פיתחנו משטח המסוגל לזהות נוגדנים נגד SARS-CoV-2. התוצאה מוצגת כאות אלקטרוכימי שנלכד על ידי פני השטח זה”, אמר הכימאי וונדל אלבס. , המחבר הראשי של המאמר. אלבס הוא פרופסור במרכז למדעי הטבע והאדם, האוניברסיטה הפדרלית של ABC (UFABC), מדינת סאו פאולו.
האלקטרודה שפיתחו החוקרים איתרה נוגדנים ל-COVID-19 בנסיוב תוך כחמש דקות עם רגישות של 88.7% ו-100% סגוליות, שהם יותר מבדיקת אנזימים מקושרים אימונוסורבנטיים (ELISA), כלי האבחון הקליני הנוכחי בסטנדרט הזהב.
המחקר נתמך על ידי FAPESP באמצעות המכון הלאומי למדע וטכנולוגיה לביואנליזה ופרויקט נושאי.
לדברי אלבס, העומד בראש מעבדת החומרים האלקטרוכימיה והננו-מבנה של UFABC, ידע מוקדם בתכונות כימיות כמו הנקודה האיזואלקטרית של חלבון הספייק (S) של הנגיף, אפשר לקבוצה לפתח פלטפורמה ל-S להיקשר אלקטרוסטטית לאבץ ננו-אוקסיד. תחמוצת אבץ משמשת יותר ויותר לייצור חיישנים ביולוגיים בגלל הרבגוניות והתכונות הכימיות, האופטיות והחשמליות הייחודיות שלה.
עקרון ייצור חיישן אימונו
שיטה לחיבור ישיר של מכשיר אלקטרוני לסביבה ביולוגית קשה בגלל המורכבות הטבועה בפיתוח ביוחיישן. ננו-חומרים מאפשרים מזעור מכשירים, ומשפרים את רגישותם בשל שטח הפנים הגבוה יותר ומוליכות האלקטרונים לטווח ארוך.
(72,73) ZnONRs יוצרים סביבה נוחה לספיחת ביומולקולות, שומרים על הפונקציונליות שלהם וממירים אירועים ביולוגיים לאות יציב, סלקטיבי וניתן למדידה ברגישות.
החלבון הטרימרי רקומביננטי של SARS-CoV-2 הוא הביו-מולקולה המשמשת לפיתוח פלטפורמת זיהוי ביולוגית אלקטרוכימית לנוגדנים נגד ספייק מכיוון שחלבון S הוא רכיב אנטיגן המטרה העיקרי מכל החלבונים המבניים של SARS-CoV-2. (74) כאשר עובדים ב-pH פיזיולוגי (7.4), ל-IEP של חלבון S (~5) יש מטען פני שטח שלילי נטו, ומטריצת ZnONR עם נקודה איזואלקטרית גבוהה (~9.5) מקבלת צפיפות מטען פני שטח חיובית נטו.
לפיכך, ניתן לשתק את החלבון הטעון השלילי על ידי אינטראקציה אלקטרוסטטית על פני השטח של מטריצת ZnONR הטעונה חיובית. עיקרון זה נמצא בשימוש נרחב לפיתוח חיישני חיסון מרובים.
ניתוח ושימוש עתידי
בסך הכל נותחו 107 דגימות סרום דם. הם חולקו לארבע קבוצות: טרום-מגפה (15), מחלימי COVID-19 (47), חוסנו ללא תוצאה חיובית קודמת למחלה (25), וחוסנו לאחר תוצאה חיובית (20). החיסון הוא שתי מנות CoronaVac שניתנו בהפרש של ארבעה שבועות. CoronaVac מיוצר על ידי חברת SinoVac הסינית בשיתוף מכון Butantan (מדינת סאו פאולו).
מחברי המאמר – חוקרים המזוהים עם UFABC ומכון הלב (INCOR), המנוהלים על ידי בית הספר לרפואה של אוניברסיטת סאו פאולו (FM-USP) – מציינים שהמכשיר זיהה נוגדנים שנוצרו בתגובה הן בזיהום בנגיף והן בחיסון, ומראה פוטנציאל רב ככלי לניטור סרו-המרה ושכיחות סירו-שכיחות. קביעת התגובה לחיסון חשובה כדי לסייע לרשויות בריאות הציבור להעריך את היעילות של חיסונים שונים וקמפיינים או תוכניות חיסונים, הם הדגישו.
המכשיר אושר לזיהוי חסינות הנגרמת על ידי CoronaVac, אך הקבוצה מתכננת להרחיב את השימוש בו לבדיקת תגובות לחיסונים של פייזר ואסטרזנקה.
אחד היתרונות של האלקטרודה שהם פיתחו הוא הארכיטקטורה הגמישה שלה, מה שאומר שניתן להתאים אותה בקלות ליישומים אבחנתיים וביו-רפואיים אחרים באמצעות ביומולקולות שונות על ננורודות תחמוצת אבץ ואנליטי מטרה אחרים.
“הטכנולוגיה היא פלטפורמת ביולוגית רב-תכליתית. כפי שפיתחנו אותה, ניתן לשנות אותה ולהתאים אותה לזיהוי סרולוגי של מחלות אחרות בעלות עניין בבריאות הציבור”, אמר אלבס.
מחקרי תגובה אלקטרוכימית של ZnONRs/Spike Immunosensors
EIS, CV ו-SWV שימשו לאפיון האלקטרודה בכל שלב ייצור (איור 4). זה מראה את ספקטרום העכבה הפאראדית עבור החיזור של [Fe(CN)6]3–/4– נמדד בכל שלב של ייצור. החלק הדמיוני של העכבה (Z″) מוצג כפונקציה של החלק האמיתי של העכבה (Z′), כפי שמוצג באיור 4A.
* עם תשומות מ-ANI
Source link