I ricercatori della Michigan State University e dell'Università della British Columbia hanno inventato un sistema in grado di rilevare in modo rapido ed economico i virus presenti nell'aria utilizzando la stessa tecnologia utilizzata dai treni ad alta velocità.
Il team ha dimostrato che una tecnica nota come levitazione magnetica può essere utilizzata per raccogliere e concentrare facilmente i virus dall’aria per aiutare a prevenire futuri focolai di malattie respiratorie. I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista ACS Nano .
"È molto importante disporre di una gestione e di previsioni in tempo reale per i virus", ha affermato Morteza Mahmoudi, professore associato presso il Dipartimento di Radiologia e il Programma sanitario di precisione della MSU. "Ciò che abbiamo sviluppato è un sistema che potrebbe aiutare noi e le altre parti interessate a ottenere maggiori informazioni sui diversi tipi di virus presenti nell'aria che respiriamo."
"Questo potrebbe aiutare a identificare se un ambiente è contaminato prima che si verifichi una pandemia", ha affermato Sepideh Pakpour, un assistente professore di ingegneria che ha guidato il gruppo di ricerca presso l'UBC Okanagan Campus.
Oltre a fungere da sistema di allarme precoce, la nuova tecnica del team potrebbe anche aiutare i funzionari sanitari e gli epidemiologi a tracciare e monitorare meglio l'esposizione ai virus in ambienti pubblici.
Pakpour e Mahmoudi hanno avviato per la prima volta questo progetto applicando la levitazione magnetica, o maglev, ai virus respiratori nel 2018 con il sostegno della Walsh Foundation e del New Frontiers in Research Fund. Quasi la metà delle infezioni del tratto respiratorio inferiore sono causate da virus che le persone inalano in ambienti chiusi, hanno scritto i ricercatori nel loro rapporto.
Ma quando è iniziata la pandemia di coronavirus e quando hanno appreso che era causata da un virus presente nell’aria, sapevano che dovevano raddoppiare i loro sforzi. Nel loro rapporto di prova, il team ha utilizzato una versione disattivata del coronavirus responsabile del COVID-19, insieme all'influenza H1N1 e a un virus che infetta i batteri noti come batteriofago MS2.
Il sistema prima raccoglie campioni di aria, quindi inietta il campione in un fluido dove il maglev separa i virus dalle altre particelle. Il contenuto virale isolato e purificato viene quindi passato ad altre tecniche analitiche standard per l'identificazione in pochi minuti. Secondo i ricercatori, l'approccio è così semplice che potrebbe essere utilizzato da non esperti in una varietà di contesti, come cliniche e aeroporti.
Il team sta muovendo i primi passi verso la commercializzazione della propria tecnologia e allo stesso tempo lavora per migliorarla.
Sebbene le tecniche a valle possano identificare quali virus sono presenti in un campione, uno degli obiettivi futuri del team è perfezionare la fase maglev per distinguere autonomamente tra diversi virus. I ricercatori stanno anche lavorando per aumentare la sensibilità della loro tecnica e rilevare virus nell'aria a concentrazioni più basse.
Tuttavia, il team è entusiasta di ciò che è riuscito a realizzare nel suo lavoro iniziale e di ciò che potrebbe consentire ad altri ricercatori di fare.
"L'uso del maglev per il rilevamento delle malattie e la purificazione dei virus è completamente nuovo e potrebbe aprire applicazioni in molti campi diversi", ha affermato Mahmoudi. "Ciò apre una direzione fondamentalmente nuova nella biochimica analitica."
La levitazione magnetica, come suggerisce il nome, utilizza i magneti per contrastare la spinta verso il basso della gravità. I treni Maglev fluttuano sopra i loro binari e, non gravati dall’attrito di contatto, possono raggiungere velocità fino a 200 miglia all’ora. Mentre i treni a levitazione magnetica esistono da decenni, l'uso della levitazione magnetica in biologia è più recente.
Ad esempio, è stato solo nell’ultimo decennio che i ricercatori di Stanford hanno dimostrato che le cellule viventi possono essere fatte levitare magneticamente in miscele o soluzioni liquide. Hanno poi utilizzato la tecnica per dimostrare che vari tipi di cellule (lieviti, batteri, cellule umane sane e cellule tumorali) potevano essere separati in base alla loro densità.
Più recentemente, Pakpour e Mahmoudi hanno collaborato per dimostrare che il maglev può essere applicato alle proteine nel plasma sanguigno per cercare indicatori dell’uso di oppioidi e della sclerosi multipla. Questo li ha convinti che anche il maglev dovrebbe funzionare con i virus.
"Se guardi alla struttura dei virus, sono per lo più proteine, e sapevamo di poter far levitare le proteine", ha detto Pakpour. "Quindi sapevo che avrebbe dovuto funzionare, ma sono rimasto comunque sorpreso quando ha funzionato."
"È stato molto impegnativo, soprattutto all'inizio", ha detto Mahmoudi. "Il maglev convenzionale non è in grado di raccogliere virus submicronici, ma abbiamo apportato diverse modifiche e siamo riusciti a mettere a punto il sistema."
Una delle sfide, ad esempio, era che i liquidi utilizzati nel maglev convenzionale potevano danneggiare o distruggere i virus. Il team doveva trovare nuove soluzioni che avessero proprietà magnetiche desiderabili e fossero compatibili con i loro obiettivi.
Ulteriori informazioni: Sepideh Pakpour et al, Il sistema di levitazione magnetica isola e purifica i virus presenti nell'aria, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c01677
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dalla Michigan State University
