Un nou test redueix el temps per a diagnosticar infeccions víriques d'hores a minuts

Un equip liderat per l'Institut de Microelectrònica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) ha presentat una nova plataforma de diagnòstic per a la detecció de seqüències d'ARN viral. El dispositiu permet escurçar el procés de detecció al no requerir etapes prèvies de tractament de la mostra, com l'amplificació genètica que es fa en els diagnòstics moleculars actuals. La seva capacitat per a detectar el virus directament en mostres clíniques suposa un canvi significatiu per combinar rapidesa, versatilitat i baix cost.

L'instrument, els resultats del qual s'han publicat recentment en Analytical Chemistry, està dissenyat per a diagnosticar infeccions virals en mostres nasofaríngies. Encara que fins al moment la seva viabilitat s'ha demostrat en la detecció del virus SARS-CoV-2, els investigadors destaquen que la versatilitat del nou test permet adaptar-lo per a identificar altres malalties infeccioses.

"El dispositiu inclou microfluídica en paper, emprant cel·la electroquímica miniaturitzada produïda en un xip de silici, i l'ús de nanopartícules magnètiques funcionalitzades complementàries a les seqüències de l'ARN viral, seleccionades com biomarcadors, permetent la detecció en un temps màxim de 40 minuts", declara César Fernández, investigador principal del projecte en el Grup de Transductors Químics de l'IMB-CNM-CSIC. El seu innovador desenvolupament aporta al dispositiu "portabilitat i simplicitat, resultant en un preu estimat per anàlisi inferior a un euro".

Aquest estalvi de temps és rellevant comparat amb les més de 24 hores que poden passar entre la presa de mostra i l'obtenció de resultats de la PCR. L'estàndard analític per a la detecció de covid-19 durant la pandèmia es va basar en la reacció en cadena de la polimerasa (PCR), la qual cosa implicava el transport de mostres al laboratori després de l'extracció. L'instrument desenvolupat per l'IMB-CNM busca millorar aquest diagnòstic molecular, portant-lo al punt d'atenció al pacient. “És un dispositiu electroquímic molt simple, barat i de baix consum”, agrega Fernández.

Sensibilitat del sistema i aplicació

El sistema ha demostrat una sensibilitat del 100% i una especificitat del 93%, percentatge que fa referència a la capacitat de la prova per a identificar correctament a les persones que no tenen infecció, evitant així "falsos positius". Aquestes xifres s'han comprovat en la detecció de l'ARN del SARS-CoV-2, demostrant el gran potencial que presenta com a eina de diagnòstic molecular.

"És una eina molt versàtil que podria adaptar-se fàcilment per a detectar altres malalties infeccioses que requereixin la implementació ràpida i eficient de programes de cribratge massiu. Si, a més, tenim en compte el seu baix cost, la plataforma es podria usar en països de baixos recursos", explica Manuel Gutiérrez-Capitán, investigador de l'IMB-CNM-CSIC. "Suposa un avanç al no requerir etapes prèvies de tractament i poder aplicar-se en el punt de necessitat per personal no especialitzat", conclou.

Dispositiu que combina electroquímica amb fluídica en paper

Format per tres components: un xip de silici que conté una cel·la electroquímica amb dos elèctrodes d'or, fabricat amb tecnologia microelectrònica; un component fluídic de paper; i una carcassa de metacrilat per a alinear i posar en contacte la cel·la electroquímica (el xip) i el paper. L'únic component d'un sol ús i intercanviable és el paper, que es pot reciclar amb normalitat.

A més, el dispositiu empra nanopartícules magnètiques funcionalitzades, és a dir, modificades intencionadament per a dotar-les de noves capacitats, mitjançant l'ús de brins de oligonucleòtids (molècules sintètiques d'ADN o ARN) complementàries a les seqüències de l'ARN viral. Aquestes permeten separar el biomarcador d'interès de la matriu de la mostra i, al seu torn, preconcentrar-lo en el mitjà idoni per a la seva anàlisi.

Actualment, s'està validant un prototip preindustrial que integra l'electrònica de mesura alimentada amb la bateria d'un dispositiu mòbil, juntament amb una app de control. D'aquesta manera, s'aconseguiria un dispositiu completament autònom, interconnectat i portàtil.

La tecnologia de la cel·la electroquímica del xip es manufactura a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació, una Infraestructura Científica i Tècnica Singular (ICTS) reconeguda pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats.

Col·laboració per a millorar la salut pública

El dispositiu és el resultat d'un treball que va començar en plena emergència de la pandèmia de covid-19 en 2020, en col·laboració amb diversos grups de l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC), la Universitat de Barcelona, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO-CSIC) i l'Hospital Universitari Germans Trias i Pujol de Badalona. Ha estat finançat amb fons propis del CSIC, a través de donacions, i amb fons de recuperació obtinguts per la Plataforma Temàtica Interdisciplinària (PTI) Salud Global del CSIC.

_{Article de referència: Manuel Gutiérrez-Capitán, Eva Balada, Anna Aviñó, Lluïsa Vilaplana, Roger Galve, Alícia Lacoma, Antonio Baldi, Antonio Alcamí, Véronique Noé, Carlos J. Ciudad, Ramón Eritja, María-Pilar Marco, César Fernández-Sánchez. Unraveling the Amplification-Free Quantitative Detection of Viral RNA in Nasopharyngeal Swab Samples Using a Compact Electrochemical Rapid Test Device. Analytical Chemistry. DOI: doi/10.1021/acs.analchem.5c01605}

• Muntatge de dispositiu de detecció de paper en carcassa de metacrilat connectat a un telèfon mòbil per a diagnòstic.
• Mà amb una pinça subjecta el xip de silici amb elèctrodes d'or per a la detecció.
• Base de la carcassa de metacrilat, amb el xip encaixat en un lateral per a després introduir el paper i tancar el dispositiu.
• César Fernández, Manuel Gutiérrez-Capitán i Antoni Baldi en el laboratori. Gutiérrez-Capitán subjecta el dispositiu de diagnòstic ràpid.