Per oltre 30 anni, la reazione a catena della polimerasi (PCR) è stata il gold standard nei test diagnostici molecolari, rilevando materiale genetico, come quelli di un virus o del DNA umano. Ma la PCR, inclusa la reazione a catena della polimerasi a trascrizione inversa (RT-PCR), viene eseguita principalmente in grandi laboratori centralizzati, non in contesti point-of-care (POC), perché la sua strumentazione è ingombrante, costosa e richiede molto tempo per i risultati e richiede tecnici qualificati per eseguirlo. Queste limitazioni hanno portato a una carenza di una diagnostica POC accurata e a colli di bottiglia nei risultati dei test, in particolare durante la pandemia di COVID-19.

I ricercatori di Columbia Engineering e Rover Diagnostics hanno annunciato oggi di aver costruito una piattaforma RT-PCR che fornisce risultati in 23 minuti che corrispondono ai test di laboratorio più lunghi, più velocemente di altri test PCR sul mercato. Può essere adattato per testare un'ampia gamma di malattie infettive tra cui non solo COVID-19 ma anche influenza, streptococco e altri virus che richiedono una diagnosi rapida. La sua sensibilità mirata è superiore rispetto ad altri tipi di test come isotermico, antigene e CRISPR. E, a soli due chili, il Rover PCR è facile da trasportare e può essere utilizzato da chiunque.

"Il nostro obiettivo era creare una piattaforma che potesse essere utilizzata in luoghi in cui i risultati di una rapida inversione di tendenza sono fondamentali, in farmacie, snodi di trasporto, eventi pubblici e aziende che controllano i dipendenti che tornano al lavoro", ha affermato Sam Sia, professore di ingegneria biomedica e Vice Prevosto per il Quarto Scopo e l'Impatto Strategico alla Columbia.

Il sistema è stato sviluppato in collaborazione con Rover Diagnostics, una start-up biotecnologica co-fondata nel 2018 da Sia e dall'imprenditore della tecnologia seriale Mark Fasciano, CEO di Rover. La piattaforma utilizza tecniche di preparazione del campione sviluppate nel laboratorio di Sia, combinate con un nuovo approccio al ciclo termico, bypassando l'approccio standard del dispositivo Peltier, che riscalda il campione dall'esterno della fiala. Invece, il sistema di Rover utilizza un processo fototermico, il termociclo plasmonico, che si basa su nanoparticelle irradiate dalla luce per generare rapidamente calore dall'interno.

Il team ha eseguito con successo la PCR quantitativa della trascrittasi inversa (RT-qPCR) in un recipiente di reazione contenente tutti i reagenti della PCR. qPCR è l'attuale tecnica di laboratorio gold standard per identificare l'infezione da COVID. La tecnica fornisce la quantificazione delle unità infettive, ma pone anche una serie di ostacoli per la miniaturizzazione point-of-care (POC).

Nello studio pubblicato oggi su Nature Nanotechnology , i ricercatori hanno affrontato queste sfide sfruttando le nanoparticelle plasmoniche, particelle metalliche discrete che rispondono alla luce infrarossa rilasciando calore, per ottenere RT-qPCR in tempo reale e multiplex su campioni clinici.

"Questo dovrebbe davvero muovere l'ago per fornire una diagnostica clinica molecolare rapida e accurata in contesti decentralizzati", ha affermato Fasciano, un informatico diventato imprenditore di software e biotecnologie. "Il ciclo termico, così fondamentale per i test del DNA e dell'RNA, ora può essere accelerato e sia i medici che i pazienti non dovranno aspettare così a lungo per i risultati."

Il team Rover sta portando avanti un prodotto commerciale in grado di rilevare il COVID-19, le sue varianti e altre malattie infettive. + Esplora ulteriormente

La promettente tecnologia per test rapidi COVID-19 entra nella fase 1 della sfida NIH