Científicos europeos de fotónica están desarrollando un sensor láser ultrasensible que detecta a través de un test rápido el coronavirus en el punto más temprano de infección de una saliva o un hisopo nasal en minutos.

En respuesta a las llamadas expresas de la Comisión Europea para hacer frente a la pandemia de coronavirus, científicos especializados en fotónica están desarrollando un nuevo test rápido y no invasivo de ‘biosensor óptico’ que detectará Covid-19 en humanos tan pronto como esté presente en el cuerpo.

Utilizando la fotónica, tecnología que manipula la luz, el demostrador ultrasensible podría detectar infecciones del ‘día 1’ en pacientes que tienen una carga viral baja, lo que representa un avance en la lucha contra la pandemia de coronavirus.

Con la capacidad de diagnosticar en tiempo real con alta especificidad a partir de una muestra de baja concentración, el sensor es mucho más confiable que el kit de prueba rápida de coronavirus, que detecta si una persona ha tenido el coronavirus antes y desde entonces recuperado.

Al observar moléculas pequeñas, el nuevo detector de punto de atención examina los antígenos virales usando chips miniaturizados, o ‘biosensores nanofotónicos’, de un simple hisopo nasal o de saliva.

Una vez que se prepara una muestra y está en su lugar, el dispositivo confirma instantáneamente un positivo o negativo para el coronavirus. Sin embargo, al permitir el tiempo de preparación y el análisis, un resultado, desde la muestra hasta el diagnóstico, puede demorar hasta 30 minutos.

Pruebas

Después de haber creado seis demostradores de laboratorio para otras aplicaciones, el equipo de investigación dice que la tecnología aún necesita más adaptación y pruebas, pero que podría estar disponible en un año a más tardar.

Llamando a sí mismos CONVAT y coordinados en ‘ICN2’ (Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, España), los investigadores han probado los demostradores previamente en muestras de pacientes proporcionadas por el Hospital Vall D´Hebrón en Barcelona y varios otros hospitales en España para otras patologías.

La coordinadora del proyecto, la profesora Laura Lechuga, dijo: «Con miles de muertes en todo el mundo, necesitamos urgentemente un nuevo kit de prueba rápido que sea preciso, altamente sensible, no invasivo y barato de producir». «Actualmente estamos integrando toda la instrumentación en una caja portátil de 25x15x25 cm con un control de tableta. En la actualidad, nuestro detector es fácil de usar, ya que la preparación es solo la experiencia técnica requerida, y podría implementarse ampliamente para que los médicos de cabecera o enfermeras evalúen a los pacientes».  «Nuestro nanosensor es capaz de detectar cadenas de ARN que identificarán completamente el nuevo coronavirus.

Tecnología interferométrica única

El detector funciona observando la ‘unión’ de las moléculas de coronavirus a la superficie del sensor, produciendo una nueva señal cuando el virus está presente.

El equipo de CONVAT utiliza un Biosensor Nano-Interferométrico, la tecnología de detección más sensible y sin etiquetas disponible en el mundo hoy en día, identificando a nivel molecular.

Dado que los biorreceptores en la superficie del sensor están sintonizados específicamente para un antígeno particular del virus, solo las moléculas de coronavirus se capturan a lo largo del sensor.

La luz que viaja en el sensor genera un campo evanescente de pocos nanómetros sobre la superficie del sensor. Aquí, los receptores (como los anticuerpos o las cadenas de ADN) pueden reconocer los antígenos de la cápside del virus cuando pasa una muestra de líquido respiratorio.

Este evento de reconocimiento produce un cambio en el índice de refracción, lo que hace que la luz cambie ligeramente su dirección de desplazamiento.

Este cambio se puede medir y determinar con precisión contra un conjunto de valores existentes, y podría dar un diagnóstico instantáneo del coronavirus esperado en el rango picomolar a attomolar (pM – aM) sin necesidad de amplificación.

El profesor Lechuga dijo: «Nuestra tecnología interferométrica patentada es única para la biodetección. Utilizamos nuestro» interferómetro de guía de onda bimodal «que utiliza dos modos de un haz de luz (en longitud de onda visible) que viaja en una sola guía de onda.

«La luz interactúa con los analitos durante su viaje y al final de la guía de onda bimodal, registramos la interferencia entre ambos modos de luz. La señal se recolecta con un fotodetector y se procesa mediante electrónica, todo instantáneamente en tiempo real».

Detección limpia

«Photonics es conocido por sus capacidades de detección rápida, independiente y limpia, por lo que tenía mucho sentido desarrollar un dispositivo que explotara la luz en medio de esta terrible pandemia», dijo el profesor Lechuga.

Con miles de casos nuevos reportados cada día, COVID-19 es un nuevo coronavirus que no había estado presente previamente en humanos. Si bien no se sabe exactamente cómo se está propagando el virus de persona a persona, se cree que el brote, similar al coronavirus del SARS de 2002, puede haberse propagado a través de gotas de tos y estornudos.

«Nuestro biosensor de POC nanofotónico puede examinar los fluidos corporales respiratorios en busca de diagnósticos y exámenes rápidos. Analiza directamente las muestras de reservorios humanos o animales sin la necesidad de PCR u otros tratamientos que requieren mucho tiempo».

«En nuestro trabajo anterior, demostramos sensibilidades a nivel attomolar (aM) para la detección directa de miRNA específica y 4 UFC / ml para la detección de patógenos completos.

«Si bien nuestros resultados anteriores son prometedores, nuestro sensor se optimizará aún más y se evaluará también para el análisis de ARN viral en un formato multiplexado para un diagnóstico más preciso y la identificación de cepas de virus entre diferentes coronavirus y otros virus clínicamente relevantes», dijo el profesor Lechuga.

El presidente del grupo de trabajo de atención médica Photonics21, Dr. Jurgen Popp, dijo: «El equipo de CONVAT está trabajando las 24 horas para desarrollar una prueba rápida y no invasiva de coronavirus. La capacidad de detectar este terrible virus rápidamente contribuirá al esfuerzo mundial en la lucha 2019-nCoV y destaca otro éxito más para las tecnologías de fotónica y luz.

Philippe Vannson, jefe de la Unidad de Fotónica, DG CONNECT, en la Comisión Europea dijo: «Las tecnologías basadas en la luz están proporcionando herramientas y soluciones a todas las industrias en todas las regiones del mundo. Al crear un diagnóstico instantáneo de las principales enfermedades, la fotónica está haciendo que la atención médica sea rápida, precisa y rentable «.

Tecnología existente

La tecnología que se empleó en el detector de coronavirus fue un aparato preexistente desarrollado por el Dr. Lechuga para examinar diferentes patologías, como infecciones bacterianas o biomarcadores de cáncer. Sin embargo, en respuesta a la pandemia 2019-nCoV, los investigadores sabían que su tecnología podría modificarse para detectar casos tempranos de baja carga viral:

«Mi colega, un investigador de la Universidad de Barcelona, ​​que ha trabajado en la vigilancia de Coronavirus en reservorios de animales durante muchos años, a menudo sugirió que deberíamos trabajar juntos en un proyecto. Entonces, cuando vimos la Llamada Express para propuestas, uno de las llamadas específicas de lucha contra el Coronavirus: con una fecha límite del 30 de enero de 2020, lo telefoneé y le dije que ahora es el momento de trabajar juntos.

«En solo ocho días trabajamos más de 12 horas por día para reunir un consorcio de cuatro socios, escribiendo una propuesta exitosa para la CE. Fue aprobada y ahora el Ministro de Ciencia e Innovación de España me contactó y un invitado en programas de televisión y radio «.

Financiado por Horizon 2020, la iniciativa de investigación científica de la Comisión Europea, los científicos solo comenzaron a trabajar en su detector a principios de marzo, en respuesta a la pandemia.