CToser, estornudar o incluso hablar puede propagar miles de enfermedades infecciosas. Gotas de aerosol de SARS-CoV-2 a través del aire.1 La pandemia de COVID-19 subrayó la necesidad de métodos más eficientes para vigilar la calidad del aire interior. Recientemente, Rajan Chakrabarty, un científico de aerosoles de la Universidad de Washington en St. Louis, y su equipo desarrollaron un monitor en tiempo real que detectaba copias de ARN viral de tan solo un dígito en el aire. El estudiarpublicado en comunicaciones de la naturaleza, allana el camino para una mejor vigilancia ambiental del SARS-CoV-2 en tiempo real.2
“Era una idea descabellada debido a las concentraciones de aerosoles de virus en el aire interior. Tú [need to] “Seremos capaces de detectar una entre un millón y una entre mil millones de partículas”, dijo Chakrabarty. “Entonces, es como encontrar una aguja en un pajar”.
Lograr la ultrasensibilidad en la tecnología de detección fue un gran desafío. Entonces, Chakrabarty reclutó Jose Puthussery, investigador postdoctoral de la Universidad de Washington en St. Louis y coautor del artículo, para ayudar a construir esta máquina. Después de muchas iteraciones, la máquina no era más grande que un microondas estándar e integraba dos componentes clave: un sistema de muestreo de ciclón húmedo para capturar partículas y un biosensor preparado para detectar la proteína de pico del SARS-CoV-2.
Esencialmente, imitamos la apariencia física de un tornado en nuestro sistema de muestreo aspirando un alto flujo volumétrico de aire que crea un vórtice. Luego mojamos las paredes del ciclón para atrapar las partículas en el aire y tomar muestras.
– Rajan Chakrabarty, Universidad de Washington en St. Louis
En primer lugar, el equipo determinó el caudal óptimo y la eficiencia de muestreo de partículas de su máquina mediante modelado dinámico de fluidos computacional. Con base en esos datos, mantuvieron un alto caudal de aproximadamente 1000 litros por minuto para recolectar una muestra representativa durante cinco minutos.
“Esencialmente, imitamos la apariencia física de un tornado en nuestro sistema de muestreo aspirando un alto flujo volumétrico de aire que crea un vórtice”, dijo Chakrabarty. “Luego, mojamos las paredes del ciclón para atrapar las partículas en el aire y tomar muestras”.
Para detectar la presencia de partículas virales, el fluido recogido del ciclón húmedo pasó a través del biosensor. En trabajo previolos investigadores utilizaron este biosensor para detectar la beta amiloide como biomarcador de la enfermedad de Alzheimer.3 Para este estudio, el equipo de Chakrabarty adaptó este sensor y cubrió los electrodos del biosensor con pequeños anticuerpos, o nanocuerpos, derivados de llamas. Los nanocuerpos derivados de llamas reconocieron la proteína de pico del virus SARS-CoV-2 y varias de sus variantes con alta eficiencia.
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El biosensor utilizó voltamperometría para medir la concentración del virus. Los investigadores aplicaron voltaje a la muestra, lo que oxidó los aminoácidos de tirosina presentes en la punta. Luego, basándose en la corriente, determinaron la concentración viral. El monitor se iluminaba si detectaba partículas de virus vivos y su alta sensibilidad detectaba tan solo siete copias de ARN por metro cúbico de aire en experimentos de cámara.
La integración de estas dos tecnologías es una herramienta poderosa.
–Chang-Yu Wu, Universidad de Miami
“La integración de estas dos tecnologías es una herramienta poderosa”, dijo Chang Yu Wuun científico de aerosoles de la Universidad de Miami, que no participó en el estudio.
Luego, Chakrabarty probó la robustez del monitor fuera del laboratorio. Tomó muestras del aire doméstico de dos pacientes que dieron positivo en la prueba de SARS-CoV-2 mediante RT-qPCR. Los pacientes estaban asintomáticos durante el período de muestreo y parecían tener una baja emisión de aerosoles de virus en sus muestras de aire. Sin embargo, el monitor identificó con precisión la presencia del virus y demostró su alta eficiencia de captura de virus incluso en entornos con baja concentración de virus.
El monitor de aire ofrece una solución prometedora para el muestreo y la detección in situ de partículas virales para aplicaciones en interiores en espacios concurridos como aeropuertos y hospitales. “Los administradores del edificio [could] recibir información importante sobre la calidad del aire dentro de su edificio y dentro de diferentes habitaciones en un momento determinado”, dijo Puthussery.
En el futuro, Chakrabarty y su equipo planean modificar la máquina para capturar y detectar otros patógenos de interés en el aire.
Referencias
- Ma J, et al. Los pacientes con enfermedad por coronavirus 2019 en etapas anteriores exhalaron millones de coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo 2 por hora. Clin Infect Dis. 2021;72(10):e652-654.
- Puthussery JV, et al. Vigilancia ambiental en tiempo real de aerosoles de SARS-CoV-2. comuna nacional. 2023;14(3692).
- Yuede CM, et al. La medición rápida in vivo de β-amiloide revela una cinética de eliminación bifásica en un modelo de ratón con Alzheimer. J Exp Med. 2016;213(5):677-85.