Quando è collegato all'elettronica di supporto, il sensore può trasmettere dati in modalità wireless al telefono cellulare dell'utente tramite Bluetooth. Credito:Caltech
Una caratteristica del virus COVID-19 che lo rende così difficile da contenere è che può essere facilmente diffuso ad altri da una persona che deve ancora mostrare segni di infezione. Il portatore del virus potrebbe sentirsi perfettamente bene e svolgere le proprie attività quotidiane, portando con sé il virus al lavoro, a casa di un familiare, o ad incontri pubblici.
Una parte cruciale dello sforzo globale per arginare la diffusione della pandemia, perciò, è lo sviluppo di test in grado di identificare rapidamente le infezioni in persone che non sono ancora sintomatiche.
Ora, I ricercatori del Caltech hanno sviluppato un nuovo tipo di test multiplex (un test che combina più tipi di dati) con un sensore a basso costo che può consentire la diagnosi domiciliare di un'infezione da COVID attraverso l'analisi rapida di piccoli volumi di saliva o sangue, senza il coinvolgimento di un medico, in meno di 10 minuti.
La ricerca è stata condotta nel laboratorio di Wei Gao, assistente professore presso il dipartimento di ingegneria medica di Andrew e Peggy Cherng. In precedenza, Gao e il suo team hanno sviluppato sensori wireless in grado di monitorare condizioni come gotta, così come i livelli di stress, attraverso la rilevazione di livelli estremamente bassi di composti specifici nel sangue, saliva, o sudore.
I sensori di Gao sono fatti di grafene, una forma simile a un foglio di carbonio. Un foglio di plastica inciso con un laser genera una struttura di grafene 3-D con piccoli pori. Quei pori creano una grande quantità di superficie sul sensore, che lo rende abbastanza sensibile da rilevare, con elevata precisione, composti che sono presenti solo in quantità molto piccole. In questo sensore, le strutture del grafene sono accoppiate con anticorpi, molecole del sistema immunitario sensibili a proteine specifiche, come quelli sulla superficie di un virus COVID, Per esempio.
L'elemento del sensore è realizzato in plastica sottile incisa con un laser. Credito:Caltech
Le versioni precedenti del sensore erano impregnate di anticorpi per l'ormone cortisolo, che è associato allo stress, e acido urico, che ad alte concentrazioni provoca la gotta. La nuova versione del sensore, che Gao ha chiamato SARS-CoV-2 RapidPlex, contiene anticorpi e proteine che gli consentono di rilevare la presenza del virus stesso; anticorpi creati dall'organismo per combattere il virus; e marcatori chimici di infiammazione, che indicano la gravità dell'infezione da COVID-19.
"Questa è l'unica piattaforma di telemedicina che ho visto in grado di fornire informazioni sull'infezione in tre tipi di dati con un singolo sensore, " dice Gao. "In appena pochi minuti, possiamo controllare contemporaneamente questi livelli, così abbiamo un quadro completo dell'infezione, compresa l'infezione precoce, immunità, e severità».
Le tecnologie di test COVID consolidate di solito impiegano ore o addirittura giorni per produrre risultati. Queste tecnologie richiedono anche costose, attrezzatura complicata, mentre il sistema di Gao è semplice e compatto.
Finora, il dispositivo è stato testato solo in laboratorio con un piccolo numero di campioni di sangue e saliva ottenuti per scopi di ricerca medica da individui risultati positivi o negativi al COVID-19. Sebbene i risultati preliminari indichino che il sensore è estremamente preciso, deve essere eseguito un test su larga scala con pazienti del mondo reale piuttosto che con campioni di laboratorio, Gao avverte, per determinarne definitivamente l'esattezza.
Il rendering di un artista che mostra come il sensore contiene aree che rilevano ciascuna un diverso indicatore di un'infezione da COVID-19. Credito:Caltech
Con lo studio pilota ora completato, Gao ha in programma di testare quanto tempo durano i sensori con un uso regolare, e per iniziare a testarli con pazienti COVID-19 ospedalizzati. Dopo i test in ospedale, vorrebbe studiare l'idoneità dei test per l'uso domiciliare. A seguito di test, il dispositivo dovrà ricevere l'approvazione normativa prima che sia disponibile per un uso diffuso a casa.
"Il nostro obiettivo finale è davvero l'uso domestico, "dice. "Nell'anno successivo, abbiamo in programma di inviarli per posta a persone ad alto rischio per i test a casa. E in futuro, questa piattaforma potrebbe essere modificata per altri tipi di test sulle malattie infettive a casa".
Il documento che descrive la ricerca, intitolato, "SARS-CoV-2 RapidPlex:una piattaforma di telemedicina multiplex basata sul grafene per la diagnosi e il monitoraggio di COVID-19 rapidi e a basso costo, " è stato pubblicato online e apparirà nel numero di dicembre della rivista Questione .
