Un team di ricercatori della Colorado State University ha sviluppato una tecnologia in grado di rilevare quantità estremamente piccole di anticorpi nel sangue di una persona. Gli anticorpi si sviluppano per infettare le cellule o uccidere gli agenti patogeni, essenzialmente combattendo un batterio o un virus. I livelli di anticorpi nel sangue possono dire se quella persona è malata.

Usando un piccolo filo che è un quarto delle dimensioni di un capello umano, i ricercatori hanno sviluppato un sensore in grado di rilevare fino a 10 molecole di anticorpi entro 20 minuti. I test medici standard richiedono miliardi o trilioni di molecole di anticorpi per il rilevamento e possono richiedere fino a un giorno per essere elaborati.

Questo tipo di strumento economico potrebbe aiutare i medici a curare prima le malattie nelle persone e potrebbe essere utilizzato in contesti con poche risorse.

I risultati della ricerca del team saranno pubblicati il ​​15 aprile in Biosensori e Bioelettronica . Lo studio, "Un sensore a microcavo capacitivo ultrasensibile per risposte anticorpali sieriche specifiche per i patogeni, " è pubblicato in anticipo online.

I limiti dei test medici standard

Attualmente, la maggior parte degli studi medici e degli ospedali statunitensi utilizza il test ELISA per determinare se una persona ha o meno un'infezione virale. ELISA sta per saggio di immunoassorbimento enzimatico.

è un test comune, ma la sensibilità di ELISA è relativamente bassa, ha detto Brian Geiss, un autore senior dello studio e un professore associato presso il Dipartimento di Microbiologia, Immunologia, e Patologia. Ciò significa che i medici hanno bisogno di un numero abbastanza elevato di anticorpi nel sangue di una persona per ottenere un risultato positivo del test. Spesso occorrono dai sette ai dieci giorni dopo un'infezione perché il test venga registrato.

Giù per il filo

Usando quella che Geiss ha descritto come una tecnologia molto semplice, il team di ricerca ha attaccato chimicamente proteine ​​legate ai virus Zika e chikungunya a piccoli fili d'oro poco costosi. Questi particolari virus, insieme a West Nile e dengue, sono trasmesse da zanzare infette. I laboratori medici utilizzano queste proteine ​​nei test ELISA per cercare gli anticorpi che si sono sviluppati per combattere le infezioni.

Prossimo, hanno fatto passare una corrente elettrica attraverso il filo, creando una carica sul filo simile a quella di una batteria.

I ricercatori hanno quindi aggiunto anticorpi per legarsi alle proteine ​​virali sul filo, che ha aumentato la massa all'esterno del filo. Ciò ha anche aumentato la capacità del filo di trattenere la carica. Hanno quindi misurato la variazione di massa per quantificare il numero di anticorpi sulla superficie del filo.

Tre ricercatori, tre diversi college

La ricerca si basa sul lavoro del laboratorio del professor Chuck Henry nel Dipartimento di Chimica. Enrico, un coautore sulla carta, e il suo laboratorio hanno sviluppato diversi semplici, dispositivi elettrochimici economici negli ultimi 10 anni.

Professor David Dandy, anche autore senior dell'articolo e capo del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica, si è detto sorpreso dalla sensibilità del dispositivo.

"Abbiamo scoperto che potremmo ottenere una specificità molto elevata per confermare un'infezione virale, " disse Dandy. Inoltre, il team di ricerca non ha riscontrato alcuna reazione o reattività da parte degli anticorpi diretti ad altri virus, che a volte può portare a risultati del test falsi positivi.

Ciascuno degli scienziati ha messo in campo abilità e competenze uniche per questo progetto, che ha portato al successo del gruppo.

"Questo tipo di progetto di ricerca è qualcosa che nessuno di noi potrebbe fare da solo, " disse Geiss, aggiungendo, "abbiamo sinergizzato i nostri sforzi per trovare nuove soluzioni ai problemi che speriamo possano essere utilizzati in ambito clinico".

Il team di ricerca spera ora di combinare questa scoperta con la ricerca sul rilevamento virale precedentemente pubblicata per creare un unico sistema in grado di rilevare sia i virus che gli anticorpi contro i virus nei campioni dei pazienti.

"Speriamo che possa essere utilizzato per la diagnostica point-of-care, e che può essere sviluppato in un sistema portatile compatto che può essere utilizzato in clinica o in aree con risorse limitate, " disse Geiss.

Questo tipo di dispositivo potrebbe essere utilizzato anche in ambienti agricoli per la sorveglianza delle malattie del bestiame e il rilevamento ambientale.

Lei Wang, che ha recentemente ricevuto un dottorato dalla CSU attraverso la School of Biomedical Engineering ed è ora borsista post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology, è l'autore principale dello studio.

Jessica Filer, che ha recentemente ricevuto un dottorato dalla CSU attraverso il programma di biologia cellulare e molecolare, e Meghan Lorenz, un assistente di ricerca universitario, sono anche coautori dello studio.