Resa famigerata dalle epidemie sulle navi da crociera, il norovirus può davvero rovinare una vacanza, provocando un forte vomito, diarrea e mal di stomaco. Ma il virus altamente infettivo può colpire anche più vicino a casa, con epidemie di origine idrica e alimentare che si verificano nei sistemi idrici municipali, scuole e ristoranti. Oggi, i ricercatori riferiscono un sensibile, dispositivo portatile in grado di rilevare anche una manciata di particelle di norovirus nell'acqua.

I ricercatori presenteranno i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Ci vuole solo un numero molto piccolo di particelle di norovirus per causare un'infezione nell'uomo, quindi abbiamo bisogno di un metodo di rilevamento davvero sensibile, "dice Jeong-Yeol Yoon, dottorato di ricerca, che guidava la squadra. "Anche, gli scienziati non sono in grado di coltivare il norovirus in laboratorio, e gli anticorpi disponibili contro il patogeno non sono molto forti." Di conseguenza, la rilevazione di quantità molto piccole di norovirus in campioni di acqua o cibo comporta tipicamente un metodo basato sulla reazione a catena della polimerasi (PCR), che richiede diverse ore e deve essere condotto in laboratorio da personale qualificato.

Nei lavori precedenti, Yoon e i suoi colleghi dell'Università dell'Arizona hanno sviluppato un dispositivo basato su smartphone in grado di rilevare bassi livelli di norovirus misurando la luce diffusa dalle perle di polistirene legate al virus in un chip microfluidico di carta. "Anche se il nostro limite di rilevamento era davvero basso, il problema era che il norovirus può essere infettivo a concentrazioni ancora più basse, " Dice Yoon. "Quando abbiamo parlato di questo lavoro alle conferenze, il feedback che abbiamo ricevuto è stato che dovevamo fornire un metodo ancora più semplice in grado di rilevare concentrazioni di virus molto più basse".

Quindi il team è tornato in laboratorio e ha sviluppato un nuovo approccio che utilizza la fluorescenza, piuttosto che la dispersione della luce, per rilevare il norovirus. I ricercatori hanno convertito un normale smartphone in un microscopio a fluorescenza collegando un accessorio per microscopio ottico disponibile in commercio, una sorgente luminosa separata e due filtri passa banda. Ad un canale del loro chip microfluidico di carta, hanno aggiunto un campione di acqua contenente norovirus. Quindi, i ricercatori hanno aggiunto una sospensione di sfere fluorescenti con anticorpi contro il norovirus attaccati ad esse. L'azione capillare della carta ha fatto fluire e mescolare i due liquidi. Ogni singola particella di norovirus legata a più sfere fluorescenti tramite i loro anticorpi attaccati, provocando l'aggregazione delle perline e la produzione di un'immagine fluorescente di dimensioni molto maggiori.

Il team ha scattato foto del chip con il microscopio a fluorescenza basato su smartphone, e un'app ha calcolato le concentrazioni di norovirus dal conteggio dei pixel delle immagini. "Il limite di rilevamento più basso corrispondeva a circa 5 o 6 particelle di norovirus per campione, quindi è molto vicino al livello del singolo virus, " Dice Yoon. Perché anche solo 10 particelle di virus possono causare malattie nelle persone, il nuovo metodo è abbastanza sensibile per le applicazioni pratiche.

Recentemente, Yoon e colleghi hanno reso il sistema più compatto e portatile racchiudendo il microscopio a fluorescenza, sorgente luminosa e filtri ottici in una custodia stampata in 3D. Hanno anche sviluppato un'app di cloud computing per analizzare le immagini di grandi dimensioni e inviare i risultati allo smartphone. Inoltre, hanno trovato un modo per concentrare i campioni all'interno del chip di carta in modo da poter analizzare volumi di campione molto più grandi.

Il dispositivo potrebbe rilevare minuscole quantità di norovirus sia nell'acqua purificata che nelle acque reflue recuperate, che è molto sporco. Acqua di rubinetto, d'altra parte, era incline all'errore. "Crediamo che il cloro nell'acqua del rubinetto stia influenzando il dosaggio, "Dice Yoon. "Non pensiamo che sarà un problema trattare l'acqua per rimuovere il cloro prima di eseguire il nostro metodo." Yoon prevede che il personale dei sistemi idrici municipali possa utilizzare il dispositivo e l'app per verificare la presenza di norovirus nella rete idrica. Per testare l'uso del test sul campo, il team sta collaborando con Kelly Reynolds, dottorato di ricerca, presso lo stesso istituto, così come l'acqua di Tucson.

Ora, Yoon e colleghi stanno lavorando per utilizzare il loro dispositivo basato su smartphone per diagnosticare le infezioni da norovirus nei pazienti in una fase precedente a quella attualmente possibile. Per fare questo, hanno in programma di analizzare campioni fecali. "Quando il norovirus raggiunge livelli rilevabili con altri metodi, la persona è già gravemente malata, " dice Yoon. "Ma se riusciamo a rilevare il virus prima, possono ricevere cure mediche prima." La diagnosi precoce potrebbe anche aiutare a frenare la diffusione della malattia in isolati, situazioni affollate come navi da crociera, dove la distinzione tra un normale mal di stomaco e un'infezione da norovirus potrebbe guidare gli sforzi di quarantena o accelerare il trasporto di un passeggero in porto per il trattamento.