Utilizando nanotubos de carbono especializados, ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han diseñado un nuevo sensor que puede detectar el SARS-CoV-2 sin necesidad de anticuerpos y en cuestión de minutos.

Según los investigadores, su sensor se basa en una tecnología que también podría usarse para generar diagnósticos rápidos y efectivos no solo para la covid-19, también para otras enfermedades epidémicas. Los resultados se publican en Analytical Chemistry.

“Una prueba rápida significa que se pueden abrir los viajes mucho antes en una futura pandemia. Puedes realizar análisis a los viajeros al bajarse del avión y determinar si deben ponerse en cuarentena o no. También podría realizarse en otros sitios, como en el lugar de trabajo”, explica el coautor Michael Strano, profesor de ingeniería química en el MIT, quien reconoce: “Todavía no tenemos la tecnología que permita desarrollar y usar estos sensores de manera rápida, de tal forma que se pueda prevenir la pérdida económica”.

El dispositivo diagnóstico se basa en una tecnología que usa nanotubos de carbono creada en laboratorio del profesor Strano, por lo que cuando los investigadores empezaron a diseñar un sensor para detectar el virus de la covid-19, les llevó solo diez días encontrar y probar una molécula de carbono modificada que fuera capaz de detectar y seleccionar las proteínas virales que estaban buscando, e incorporarla posteriormente a un prototipo funcional.

Este nuevo enfoque elimina la necesidad de usar anticuerpos u otros agentes químicos que cuesta tiempo generar y purificar.

Aprovechar la fluorescencia del material

La técnica del equipo de Strano se basa en los nanotubos de carbono, unos cilindros huecos de un grosor nanométrico hechos de carbono, que se vuelven fluorescentes de forma natural cuando se exponen a la luz láser.

Sus investigaciones han descubierto que envolviendo estos tubos en diferentes polímeros, pueden crear sensores que respondan a moléculas específicas reconociéndolas químicamente.

El método, conocido como Reconocimiento Molecular de Corona en Fase (CoPhMoRe), aprovecha un fenómeno que se produce cuando ciertos tipos de polímeros se unen a una nanopartícula.

Los llamados polímeros anfifílicos son moléculas que tienen regiones hidrofóbicas, que se adhieren a los tubos como anclas, y regiones hidrofílicas, que forman una serie de bucles por fuera, formando la corona que rodea al nanotubo.

Dependiendo de la disposición de los bucles, pueden encajarse diferentes tipos de moléculas objetivo en los espacios que quedan entre ellos.

La unión de la molécula altera la intensidad o la longitud de onda del pico de fluorescencia producido por el nanotubo de carbono, lo que pueden ser aprovechado para realizar el diagnóstico.

Detección mediante el uso de polímeros

A principios de 2021, el equipo de Strano, junto con la empresa InnoTech Precision Medicine, con sede en Boston, recibieron una subvención del organismo Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos  para crear un sensor CoPhMoRe que detectase las proteínas del SARS-CoV-2.

Los investigadores del laboratorio de Strano ya habían desarrollado la técnica que les permite predecir qué polímeros anfifílicos interactuarán mejor con una molécula concreta, por lo que pudieron generar rápidamente un conjunto de 11 candidatos para el coronavirus.

A los diez días de comenzar el proyecto, los investigadores habían identificado sensores precisos tanto para la nucleocápside como para la proteína de la espiga del virus SARS-CoV-2.

Durante ese tiempo, también pudieron incorporar los sensores a un prototipo con una punta de fibra óptica, que puede detectar los cambios de fluorescencia de la muestra de biofluido en tiempo real, lo que elimina la necesidad de enviar la muestra a un laboratorio, un requerimento para realizar la PCR que detecta la Covid-19.

El dispositivo del equipo de Strano produce un resultado en unos cinco minutos, y puede detectar concentraciones tan bajas como 2,4 picogramos de proteína viral por mililitro de muestra.

Test de detección rápida

En experimentos más recientes realizados después de la presentación de este artículo, los investigadores han logrado un límite de detección inferior al de las pruebas rápidas que se comercializan actualmente.

Los investigadores también demostraron que el dispositivo podía detectar la proteína de la nucleocápside del SARS-CoV-2 (pero no la proteína de la espiga) cuando se disolvía en la saliva.

La detección de proteínas víricas en la saliva suele ser difícil porque esta contiene moléculas pegajosas de carbohidratos y enzimas digestivas que interfieren en la detección de proteínas, razón por la cual la mayoría de los diagnósticos para detectar la Covid-19 requieren de hisopos nasales.

“Este sensor muestra un rango límite de detección, tiempo de respuesta y compatibilidad con la saliva mayor, incluso sin un diseño basado en anticuerpos y receptores enzimáticos”, afirma otro de los autores, Sooyeon Cho.

“Una característica única de este tipo de dispositivo de reconocimiento molecular es que es posible diseñarlo y probarlo mucho más rápido que los dispositivos convencionales, basados en anticuerpos o receptores enzimáticos”, resalta el investigador.

Menor tiempo de desarrollo

Los sensores que se basan en anticuerpos para detectar proteínas víricas, que constituyen la base de muchas de las pruebas rápidas de la covid-19 disponibles en la actualidad, tardan mucho más en desarrollarse, porque el proceso de diseño del anticuerpo proteico adecuado requiere bastante tiempo.

Para Michael Strano, la rapidez con la que los investigadores han sido capaces de desarrollar un prototipo funcional sugiere que este enfoque podría resultar útil a la hora de desarrollar rápidamente dispositivos diagnósticos, en el caso de que estalle otra pandemia mundial.

Según el investigador, su equipo es capaz de diseñar «un sensor de fibra óptica que funciona a partir de unos marcadores virales en un período muy corto de tiempo”.

Aunque la siguen perfeccionando, el equipo del MIT ya ha solicitado una patente sobre esta tecnología para empezar a comercializarla como dispositivo diagnóstico de la covid-19.