Test anticorpali robusti e diffusi sono emersi come una strategia chiave nella lotta contro SARS-CoV-2, il virus responsabile della pandemia di COVID-19. Tuttavia, gli attuali metodi di prova sono troppo imprecisi o troppo costosi per essere fattibili su scala globale. Ma ora, scienziati dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno sviluppato un rapido, test anticorpale affidabile e a basso costo.

Il dispositivo, descritto in uno studio proof-of-concept pubblicato questa settimana in Biosensori e Bioelettronica , utilizza la tecnologia portatile lab-on-a-chip per misurare con precisione la concentrazione di anticorpi presenti nel plasma sanguigno diluito.

Gli anticorpi sono proteine ​​prodotte dal sistema immunitario per neutralizzare il virus. La ricerca ha scoperto che gli anticorpi COVID-19 sono presenti nelle fasi successive dell'infezione e possono rimanere nel sangue dopo che l'infezione si è risolta, consentire l'identificazione di individui precedentemente infetti. I test sugli anticorpi sono quindi un mezzo importante per determinare la piena diffusione del coronavirus, informazioni cruciali per guidare le politiche di salute pubblica.

Eppure molte nazioni finora non sono riuscite a impiegare test anticorpali su larga scala.

"Molte piattaforme esistenti per i test anticorpali sono accurate e affidabili, ma sono costosi e devono essere eseguiti in laboratorio da operatori formati. Ciò significa che possono volerci ore, o anche giorni, per ottenere risultati, " ha affermato il Dott. Riccardo Funari, primo autore e ricercatore post-dottorato nell'Unità di Micro/Bio/Nanofluidica dell'OIST. "Altri test sono più facili da usare, portatile e veloce, ma non sono sufficientemente precisi, che ostacola gli sforzi di test."

I ricercatori hanno evitato questo compromesso tra accuratezza e accessibilità sviluppando una piattaforma di test degli anticorpi alternativa che combina una potente tecnologia di rilevamento della luce con un chip microfluidico. Il chip fornisce risultati entro 30 minuti ed è altamente sensibile, rilevando anche la più bassa concentrazione di anticorpi clinicamente rilevante. Ogni chip è economico da produrre e annulla la necessità di un laboratorio o di operatori addestrati, aumentare la fattibilità dei test a livello nazionale.

E c'è un altro vantaggio distintivo di questa piattaforma di nuova concezione. "Il test non si limita a rilevare se gli anticorpi sono presenti o assenti, ma fornisce anche informazioni sulla quantità di anticorpi prodotti dal sistema immunitario. In altre parole, è quantitativo, " ha detto la professoressa Amy Shen, che guida l'Unità di Micro/Bio/Nanofluidica. "Questo amplia notevolmente le sue potenziali applicazioni, dal trattamento del COVID-19 all'uso nello sviluppo di vaccini".

Illuminare gli anticorpi

La piattaforma per il test degli anticorpi è costituita da un chip microfluidico integrato con una sonda di luce in fibra ottica. Il chip stesso è costituito da un vetrino ricoperto d'oro con un canale microfluidico incorporato. Utilizzando una tensione elettrica, il team ha fabbricato decine di migliaia di minuscole strutture d'oro appuntite, ciascuno più piccolo della lunghezza d'onda della luce, su un vetrino.

I ricercatori hanno quindi modificato questi nanospike d'oro attaccando un frammento della proteina spike SARS-CoV-2. Questa proteina è fondamentale per aiutare il coronavirus a infettare le cellule e provoca una forte reazione del sistema immunitario di una persona infetta.

In questo studio di prova del concetto, gli scienziati hanno dimostrato il principio alla base del modo in cui il test rileva gli anticorpi utilizzando un campione di plasma umano artificiale addizionato di anticorpi COVID-19 specifici per la proteina spike.

Usando una pompa a siringa, il campione viene prelevato attraverso il chip. Mentre il plasma scorre oltre i nanospike d'oro ricoperti di proteine, gli anticorpi si legano ai frammenti proteici della punta. Questo evento di legame viene quindi rilevato dalla sonda di luce in fibra ottica.

"Il principio di rilevamento è semplice ma potente, " ha detto il dottor Funari. Ha spiegato che si basa sul comportamento unico degli elettroni sulla superficie dei nanospikes d'oro, che oscillano insieme quando vengono colpiti dalla luce. Questi elettroni risonanti sono altamente sensibili ai cambiamenti nell'ambiente circostante, come il legame di anticorpi, che provoca uno spostamento della lunghezza d'onda della luce assorbita dai nanospikes.

"Più anticorpi si legano, maggiore è lo spostamento della lunghezza d'onda della luce assorbita, " ha aggiunto il dottor Funari. "La sonda in fibra ottica è collegata a un rilevatore di luce che misura questo spostamento. Utilizzando tali informazioni, possiamo determinare la concentrazione di anticorpi all'interno del campione di plasma".

Un futuro brillante

Il lancio su larga scala di un test quantitativo potrebbe avere un grande impatto sul modo in cui viene trattato il COVID-19.

Per esempio, i test quantitativi potrebbero aiutare i medici a monitorare l'efficacia con cui il sistema immunitario di un paziente sta combattendo il virus. Potrebbe anche essere usato per aiutare a identificare donatori idonei per un promettente trattamento sperimentale, chiamata terapia trasfusionale plasmatica, dove il sangue ricco di anticorpi di un paziente guarito viene donato ai pazienti attualmente infetti per aiutarli a combattere il virus.

Essere in grado di misurare il livello di risposta immunitaria può anche aiutare lo sviluppo di vaccini, consentendo ai ricercatori di determinare l'efficacia con cui un vaccino sperimentale attiva il sistema immunitario.

Però, i ricercatori hanno sottolineato che il dispositivo è ancora in fase di sviluppo attivo. L'unità mira a ridurre le dimensioni del chip per ridurre i costi di produzione e sta anche lavorando per migliorare l'affidabilità del test.

"Abbiamo dimostrato che il dispositivo funziona per rilevare diverse concentrazioni dell'anticorpo proteico spike in campioni di plasma umano artificiale. Ora vogliamo espandere il test in modo che il chip possa rilevare più anticorpi diversi contemporaneamente, " ha detto il dottor Funari. "Una volta che il dispositivo è ottimizzato, abbiamo in programma di collaborare con ospedali e istituzioni mediche locali per eseguire test su campioni di pazienti reali".