Un po' di norovirus, il microbo altamente infettivo che causa circa 20 milioni di casi di intossicazione alimentare negli Stati Uniti ogni anno, fa molto. Solo 10 particelle del virus possono causare malattie negli esseri umani. Un team di ricercatori dell'Università dell'Arizona ha creato un semplice, metodo portatile ed economico per rilevare livelli estremamente bassi di norovirus.

Jeong-Yeol Yoon, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica; Soo Chung, uno studente di dottorato in ingegneria dei biosistemi che lavora nel Biosensors Lab di Yoon; e Kelly A. Reynolds, Presidente del Dipartimento di Comunità, Ambiente e politica presso il Mel &Enid Zuckerman College of Public Health, guidato il progetto. Il team ha pubblicato i risultati in ACS Omega , la rivista ufficiale dell'American Chemical Society, e Yoon presenterà la ricerca all'ACS Fall 2019 National Meeting &Exposition a San Diego questa settimana.

"I progressi nel monitoraggio rapido dei virus umani nell'acqua sono essenziali per proteggere la salute pubblica, " Reynolds ha detto. "Questo rapido, la tecnologia di monitoraggio della qualità dell'acqua a basso costo potrebbe essere uno strumento di trasformazione per ridurre gli oneri di malattie sia locali che globali".

Il National Science Foundation Water and Environmental Technology Center presso l'UA e Tucson Water hanno entrambi fornito finanziamenti per questa ricerca. Mentre il norovirus è spesso associato alle navi da crociera, può anche diffondersi rapidamente attraverso una comunità attraverso il suo approvvigionamento idrico. Causa circa 200, 000 decessi nel mondo ogni anno.

Mantenere i componenti semplici

Esistono già dispositivi per rilevare il norovirus in piccole quantità, ma in genere richiedono un ambiente di laboratorio con una serie di microscopi, laser e spettrometri che possono costare migliaia di dollari. Per rilevare il norovirus sul campo, come sulle navi da crociera o nei pozzi d'acqua comunali, il team ha deciso di utilizzare materiali molto più semplici:carta, sotto forma di chip microfluidici, e uno smartphone.

"Il supporto di carta è molto economico e facile da conservare, e possiamo fabbricare facilmente questi chip, "Chung ha detto. "La struttura fibrosa della carta consente anche al liquido di fluire spontaneamente senza utilizzare i sistemi di pompaggio di altri trucioli, come chip di silicio, di solito richiedono."

Però, gli scienziati di solito rilevano i contaminanti sui chip misurando la dispersione e il riflesso della luce in un campione, e la porosità e l'opacità della carta possono causare una dispersione dello sfondo che interferisce con l'imaging e rende difficile rilevare concentrazioni molto piccole di un virus. Così, il gruppo ha sviluppato un nuovo modo per rilevare il norovirus, contando le perline fluorescenti invece di misurare l'intensità della luce.

Il processo inizia con l'aggiunta di acqua potenzialmente contaminata a un'estremità di un chip microfluidico di carta. All'altra estremità, un tester aggiunge piccolo, perline di polistirolo fluorescente (immagina le palline bianche all'interno di un sacchetto di fagioli:sono dello stesso materiale, ma molto più piccolo). Ogni perla è attaccata a un anticorpo contro il norovirus. Se il norovirus è presente, molti degli anticorpi si attaccano a ciascuna particella virale, creando un piccolo ciuffo di perline fluorescenti.

"Le particelle di norovirus sono troppo piccole per essere riprese da un microscopio per smartphone, e così sono gli anticorpi, " disse Yoon. "Ma quando hai due o tre o più di queste perline unite insieme, che indica che il norovirus è lì, facendo aggregare le perline."

Questi gruppi di perline sono abbastanza grandi da essere rilevati e fotografati da un microscopio per smartphone. Quindi, un'app per smartphone creata dai ricercatori conta il numero di pixel illuminati nell'immagine per identificare il numero di perline aggregate, e successivamente, il numero di particelle di norovirus nel campione. Questo è un altro vantaggio del chip di carta:attraverso l'azione capillare, i gruppi di perline sparsi lungo la carta, rendendoli più facili da contare. Il componente più costoso dell'intero dispositivo, il microscopio per smartphone, costa meno di $ 50. È anche semplice da usare.

"Non devi essere uno scienziato o un ingegnere per far funzionare il dispositivo, " Yoon ha detto. "L'analisi verrà eseguita automaticamente dall'app per smartphone, quindi tutto ciò di cui ti devi preoccupare è caricare un campione d'acqua sul chip."

Nel futuro, il team spera di sviluppare metodi per rilevare le infezioni da norovirus nei pazienti anche prima, e di espandere la loro piattaforma di monitoraggio per smartphone per rilevare altri pericoli, come sostanze chimiche potenzialmente cancerogene. Hanno anche in programma di diffondere l'uso della piattaforma in tutto il mondo, combattere e individuare malattie di vasta portata con strumenti altrettanto diffusi.