Desarrollan un biosensor de bajo coste para la detección rápida de covid-19

Uno de los desafíos que ha traído consigo la covid-19 es la búsqueda de métodos de bajo coste destinados al diagnóstico clínico. Uno de los campos en los que se está trabajando en el de los genosensores. Se trata de biosensores que permiten la realización de test masivos para la detección inmediata y sensible de material genético.  

En el Instituto de Física de São Carlos, de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), en Brasil, acaban de fabricar un dispositivo para la detección del SARS-CoV-2, capaz de mostrar los resultados del análisis en sólo 30 minutos.

Su coste, a escala de laboratorio, es de menos de un euro por genosensor. La tecnología ya está disponible para transferirla a cualquier empresa que cumpla con los requisitos necesarios para su producción masiva. 

“Nuestro genosensor es capaz de inmovilizar una cadena simple de ADN, utilizada como secuencia de captura. En condiciones apropiadas, la cadena simple inmovilizada se une a otra cinta simple y complementaria de ADN contenida eventualmente en la muestra líquida que ha de analizarse. Este proceso, denominado hibridación, denuncia la presencia del SARS-CoV-2 en la muestra, que puede estar constituida por saliva u otros fluidos corporales”, detalla Juliana Coatrini Soares.

La investigadora es la primera autora del artículo publicado en Materials Chemistry Frontiers, en el que se describe este trabajo realizado por un equipo multidisciplinar y coordinado por Osvaldo Novais de Oliveira Junior, docente del IFSC-USP. 

Cómo funciona el dispositivo

Este dispositivo cuenta con una monocapa de un tipo de ácido (11-MUA), unida químicamente a nanopartículas de oro. Esta superficie logra inmovilizar la cadena simple de ADN o ARN empleada como secuencia de captura. 

“Tras la hibridación, se produce un aumento de la resistencia eléctrica sobre la superficie del sensor, que puede monitorizarse con un analizador de impedancia de bajo coste, de alrededor de cien dólares, desarrollado en nuestro laboratorio por el ingeniero Lorenzo Buscaglia, uno de los integrantes del grupo", explica el químico Paulo Augusto Raymundo Pereira, del IFSC-USP, y otro de los participantes en la investigación.

"Otro efecto de la hibridación entre la secuencia de captura y la secuencia complementaria del SARS-CoV-2 es el desplazamiento del pico de absorción en el espectro transmitido. Este puede monitorizarse mediante el empleo de un espectrofotómetro”. Instrumento que sirve para medir cuánta luz absorbe una sustancia química. 

La mayor sensibilidad que se obtuvo en el estudio corresponde a 0'3 copia por microlitro, suficiente como para detectar la secuencia de ADN en la saliva o en otros fluidos corporales. El diagnóstico también se concretó con técnicas de machine learning. Para ello se emplearon imágenes obtenidas en genosensores expuestos a distintas concentraciones de las secuencias de ADN complementarias. 

“Al aplicar algoritmos de aprendizaje automático al procesamiento de imágenes, logramos obtener una alta precisión para distinguir las diferentes concentraciones de secuencias complementarias de ADN del SARS-CoV-2”, explica Raymundo Pereira. En todos los experimentos, la selección de los genosensores se verificó con muestras de control, incluida una secuencia negativa para SARS-CoV-2 y otros biomarcadores de ADN no relacionados con el nuevo coronavirus.

Al analizar los datos obtenidos aplicando la técnica de proyección multidimensional IDMAP (del inglés interactive document mapping), se observó una clara diferencia entre las muestras de la secuencia de ADN complementario y las muestras con secuencias no complementarias y otros biomarcadores de ADN no correlacionados con el SARS-CoV-2.

“La ventaja de aplicar diversas metodologías de detección reside en la versatilidad de la operativa, que hace posible la implementación del método de diagnóstico de acuerdo con la realidad de cada país o región. Nuestro genosensor es prometedor para la detección de material genético de nuevas variantes del SARS-CoV-2. Para ello, una vez conocida la secuenciación genética de la variante, basta con cambiar la cadena simple de ADN empleada como secuencia de captura”, afirma Novais de Oliveira Junior.

El equipo multidisciplinario que desarrolló el dispositivo contó con la participación de investigadores del IFSC-USP, del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), del Instituto de Ciencias Matemáticas y Computación (ICMC-USP), de la Unidad de Instrumentación de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) y del Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe, de Curitiba (en el estado de Paraná).