I ricercatori della Carnegie Mellon University riportano i risultati su una piattaforma avanzata di biorilevamento basata su nanomateriali che rileva, in pochi secondi, anticorpi specifici per SARS-CoV-2, il virus responsabile della pandemia di COVID-19. Oltre alle prove, la piattaforma aiuterà a quantificare con precisione la risposta immunologica del paziente ai nuovi vaccini.

I risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla rivista Materiale avanzato . I collaboratori di Carnegie Mellon includevano l'Università di Pittsburgh (Pitt) e l'UPMC.

La piattaforma di test identifica la presenza di due degli anticorpi del virus, spike S1 proteina e dominio di legame del recettore (RBD), in una piccolissima goccia di sangue (circa 5 microlitri). Le concentrazioni di anticorpi possono essere estremamente basse e comunque rilevate al di sotto di un picomolare (0,15 nanogrammi per millilitro). Questo rilevamento avviene attraverso una reazione elettrochimica all'interno di un dispositivo microfluidico portatile che invia i risultati quasi immediatamente a una semplice interfaccia su uno smartphone.

"Abbiamo utilizzato gli ultimi progressi nei materiali e nella produzione come la stampa 3D di nanoparticelle per creare un dispositivo che rileva rapidamente gli anticorpi COVID-19, " ha detto Rahul Panat, un professore associato di ingegneria meccanica presso Carnegie Mellon che utilizza tecniche di produzione additiva specializzate per ricerche che vanno dalle interfacce cervello-computer ai dispositivi di biomonitoraggio.

Una tecnologia di produzione additiva chiamata stampa 3D a getto di aerosol è responsabile dell'efficienza e della precisione della piattaforma di test. Minuscolo, gli economici elettrodi micropillar d'oro vengono stampati su scala nanometrica utilizzando goccioline di aerosol che vengono sinterizzate termicamente insieme. Questo provoca un ruvido, superficie irregolare che fornisce una maggiore superficie dei micropilastri e una reazione elettrochimica potenziata, dove gli anticorpi possono attaccarsi agli antigeni rivestiti sull'elettrodo. La geometria specifica consente ai micropilastri di caricare più proteine ​​per il rilevamento, risultando molto accurato, risultati rapidi.

Il test ha un tasso di errore molto basso perché la reazione di legame tra l'anticorpo e l'antigene utilizzato nel dispositivo è altamente selettiva. I ricercatori sono stati in grado di sfruttare questo design naturale a loro vantaggio.

I risultati arrivano in un momento urgente durante la pandemia di COVID-19. "Poiché la nostra tecnica può quantificare la risposta immunitaria alla vaccinazione, è molto rilevante nell'ambiente attuale, " ha detto Panat.

Panat ha collaborato con Shou-Jiang Gao, leader del programma di virologia del cancro presso l'Hillman Cancer Center di UPMC e professore di microbiologia e genetica molecolare al Pitt. Azahar Ali, un ricercatore nell'Advanced Manufacturing and Materials Lab di Panat, è stato l'autore principale dello studio.

La diagnosi rapida per il trattamento e la prevenzione delle malattie trasmissibili è un problema di salute pubblica che va oltre l'attuale pandemia di COVID-19. Poiché la piattaforma di rilevamento proposta è generica, può essere utilizzato per il rilevamento rapido di biomarcatori per altri agenti infettivi come Ebola, HIV, e Zika. Un test così rapido ed efficace potrebbe essere un punto di svolta per il controllo della diffusione delle malattie.