Gli ingegneri della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis hanno ricevuto finanziamenti federali per un test rapido COVID-19 utilizzando una tecnologia di nuova concezione.

Srikanth Singamaneni, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali, e il suo team hanno sviluppato un rapido, biosensore altamente sensibile e preciso basato su una nanosonda fluorescente ultrabrillante, che ha il potenziale per essere ampiamente diffuso.

Chiamato plasmonico-fluor, la nanosonda fluorescente ultrabrillante può anche aiutare in condizioni di risorse limitate perché richiede strumenti meno complessi per leggere i risultati.

Singamaneni ipotizza che il loro biosensore a base di fluoro plasmonico sarà 100 volte più sensibile rispetto al metodo convenzionale di rilevamento degli anticorpi SARS-CoV-2. Una maggiore sensibilità consentirebbe a medici e ricercatori di trovare più facilmente casi positivi e ridurre la possibilità di falsi negativi.

Plasmonico-fluor funziona aumentando il segnale di fluorescenza al rumore di fondo. Immagina di provare a catturare le lucciole fuori in una giornata di sole. Potresti mettere in rete uno o due, ma contro il bagliore del sole, quei piccoli bastardi sono difficili da vedere. E se quelle lucciole avessero la stessa luminosità di una torcia ad alta potenza?

Plasmonico-fluor aumenta efficacemente la luminosità delle etichette fluorescenti utilizzate in una varietà di metodi di biorilevamento e bioimmagine. Oltre ai test per il COVID-19, potrebbe essere potenzialmente utilizzato per diagnosticare, ad esempio, che una persona ha avuto un infarto misurando i livelli di molecole rilevanti nei campioni di sangue o di urina.

Usando plasmonico-fluor, che è composto da nanoparticelle d'oro rivestite con coloranti convenzionali, i ricercatori sono stati in grado di raggiungere fino a 6, Nanoetichetta fluorescente 700 volte più luminosa rispetto ai coloranti convenzionali, che può potenzialmente portare a una diagnosi precoce. Usando questa nanoetichetta come una torcia ultraluminosa, hanno dimostrato la rilevazione di quantità estremamente piccole di biomolecole bersaglio nei biofluidi e persino nelle molecole presenti sulle cellule.

Lo studio è stato pubblicato nel numero del 20 aprile di Ingegneria biomedica della natura .

Le nanoparticelle d'oro fungono da fari

Nella ricerca biomedica e nei laboratori clinici, la fluorescenza viene utilizzata come segnale luminoso per vedere e seguire con precisione le biomolecole bersaglio. È uno strumento estremamente utile, ma non è perfetto.

"Il problema nella fluorescenza è, in molti casi, non è sufficientemente intenso, " disse Singamaneni. Se il segnale fluorescente non è abbastanza forte da risaltare sui segnali di fondo, proprio come lucciole contro il bagliore del sole, i ricercatori potrebbero non vedere qualcosa di meno abbondante ma importante.

"Aumentare la luminosità di una nanoetichetta è estremamente impegnativo, " disse Jingyi Luan, autore principale del paper. Ma qui, è la nanoparticella d'oro situata al centro del fluoro plasmonico che fa davvero il lavoro di trasformare efficacemente le lucciole in torce elettriche, per così dire. La nanoparticella d'oro funge da antenna, che assorbe e disperde fortemente la luce. Quella luce altamente concentrata viene incanalata nel fluoroforo posto attorno alla nanoparticella. Oltre a concentrare la luce, le nanoparticelle accelerano il tasso di emissione dei fluorofori. Presi insieme, questi due effetti aumentano l'emissione di fluorescenza.

Essenzialmente, ogni fluoroforo diventa un faro più efficiente, e i 200 fluorofori seduti attorno alla nanoparticella emettono un segnale pari a 6, 700 fluorofori.

Oltre a rilevare basse quantità di molecole, il tempo di rilevamento può essere ridotto utilizzando plasmonic-fluor poiché i fari più luminosi significano che sono necessarie meno proteine ​​catturate per determinarne la presenza.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il fluoro plasmonico consente il rilevamento di più proteine ​​contemporaneamente. E nella citometria a flusso, l'effetto schiarente del fluoro plasmonico consente una misurazione più precisa e sensibile delle proteine ​​sulla superficie cellulare, il cui segnale potrebbe essere stato sepolto nel rumore di fondo utilizzando la tradizionale etichettatura fluorescente.

Ci sono stati altri sforzi per migliorare la marcatura fluorescente nell'imaging, ma molti richiedono l'uso di un flusso di lavoro e di una piattaforma di misurazione completamente nuovi. Oltre alla capacità del plasmonico-fluor di aumentare notevolmente la sensibilità e diminuire il tempo di rilevamento, non richiede alcuna modifica agli strumenti o alle tecniche di laboratorio esistenti.

La tecnologia è stata concessa in licenza ad Auragent Bioscience LLC dall'Office of Technology Management della Washington University. Auragent è in fase di ulteriore sviluppo e sta aumentando la produzione di fluoruri plasmonici per la commercializzazione.