Crean un prototipo de mascarilla que puede detectar la infección por COVID-19

La tecnología de sensores también podría usarse para crear ropa que detecte una variedad de patógenos y otras amenazas.

Los ingenieros del MIT y la Universidad de Harvard han diseñado una mascarilla facial novedosa que puede diagnosticar al usuario con Covid-19 en aproximadamente 90 minutos. Las máscaras están incrustadas con pequeños sensores desechables que se pueden colocar en otras máscaras faciales y también se pueden adaptar para detectar otros virus.

Los sensores se basan en maquinaria celular liofilizada que el equipo de investigación ha desarrollado previamente para su uso en el diagnóstico en papel de virus como el Ébola y el Zika. En un nuevo estudio, los investigadores demostraron que los sensores podrían incorporarse no solo en máscaras faciales, sino también en ropa como batas de laboratorio, lo que podría ofrecer una nueva forma de monitorear la exposición de los trabajadores de la salud a una variedad de patógenos u otras amenazas.

“Hemos demostrado que podemos liofilizar una amplia gama de sensores de biología sintética para detectar ácidos nucleicos virales o bacterianos, así como sustancias químicas tóxicas, incluidas las toxinas nerviosas. Prevemos que esta plataforma podría habilitar biosensores portátiles de próxima generación para los socorristas, el personal de atención médica y el personal militar ”, dice James Collins, profesor Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia en el Instituto y Departamento de Ingeniería y Ciencia Médicas (IMES) del MIT. de Ingeniería Biológica y autor principal del estudio.

Los sensores de la máscara facial están diseñados para que el usuario los pueda activar cuando esté listo para realizar la prueba, y los resultados solo se muestran en el interior de la máscara, para privacidad del usuario.

Peter Nguyen, científico investigador del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard, y Luis Soenksen, Venture Builder en la Clínica Abdul Latif Jameel de Aprendizaje Automático en Salud del MIT y ex postdoctorado en el Instituto Wyss, son los autores principales del artículo. , que aparece hoy en Nature Biotechnology .

 

Sensores portátiles

Los nuevos sensores portátiles y la mascarilla de diagnóstico se basan en tecnología que Collins comenzó a desarrollar hace varios años. En 2014, demostró que las proteínas y los ácidos nucleicos necesarios para crear redes de genes sintéticos que reaccionen a moléculas objetivo específicas podrían incrustarse en papel, y utilizó este enfoque para crear diagnósticos en papel para los virus del Ébola y Zika . En el trabajo con el laboratorio de Feng Zhang en 2017, Collins desarrolló otro sistema de sensores sin células, conocido como SHERLOCK , que se basa en enzimas CRISPR y permite la detección altamente sensible de ácidos nucleicos.

Estos componentes del circuito sin células se liofilizan y permanecen estables durante muchos meses, hasta que se rehidratan. Cuando se activan con agua, pueden interactuar con su molécula objetivo, que puede ser cualquier secuencia de ARN o ADN, así como con otros tipos de moléculas, y producir una señal como un cambio de color.

Más recientemente, Collins y sus colegas comenzaron a trabajar en la incorporación de estos sensores en los textiles, con el objetivo de crear una bata de laboratorio para los trabajadores de la salud u otras personas con posible exposición a patógenos.

En primer lugar, Soenksen realizó una pantalla de cientos de diferentes tipos de tejidos, desde algodón y poliéster hasta lana y seda, para averiguar cuál podría ser compatible con este tipo de sensor. “Terminamos identificando una pareja que se usa mucho en la industria de la moda para la confección de prendas”, dice. «El que fue el mejor fue una combinación de poliéster y otras fibras sintéticas».

Para fabricar sensores portátiles, los investigadores incorporaron sus componentes liofilizados en una pequeña sección de esta tela sintética, donde están rodeados por un anillo de elastómero de silicona. Esta compartimentación evita que la muestra se evapore o se difunda fuera del sensor. Para demostrar la tecnología, los investigadores crearon una chaqueta incrustada con aproximadamente 30 de estos sensores.

Demostraron que una pequeña salpicadura de líquido que contiene partículas virales, imitando la exposición a un paciente infectado, puede hidratar los componentes celulares liofilizados y activar el sensor. Los sensores pueden diseñarse para producir diferentes tipos de señales, incluido un cambio de color que se puede ver a simple vista, o una señal fluorescente o luminiscente, que se puede leer con un espectrómetro de mano. Los investigadores también diseñaron un espectrómetro portátil que podría integrarse en la tela, donde puede leer los resultados y transmitirlos de forma inalámbrica a un dispositivo móvil.

“Esto le brinda un ciclo de retroalimentación de información que puede monitorear su exposición ambiental y alertarlo a usted ya otros sobre la exposición y dónde ocurrió”, dice Nguyen.

 

Una mascarilla de diagnóstico

Cuando los investigadores estaban terminando su trabajo con los sensores portátiles a principios de 2020, Covid-19 comenzó a extenderse por todo el mundo, por lo que rápidamente decidieron intentar usar su tecnología para crear un diagnóstico para el virus SARS-CoV-2.

Para producir su máscara facial de diagnóstico, los investigadores incorporaron sensores SHERLOCK liofilizados en una máscara de papel. Al igual que con los sensores portátiles, los componentes liofilizados están rodeados de elastómero de silicona. En este caso, los sensores se colocan en el interior de la máscara, para que puedan detectar partículas virales en el aliento de la persona que lleva la máscara.

La máscara también incluye un pequeño depósito de agua que se libera con solo presionar un botón cuando el usuario está listo para realizar la prueba. Esto hidrata los componentes liofilizados del sensor SARS-CoV-2, que analiza las gotas de aire acumuladas en el interior de la máscara y produce un resultado en 90 minutos.

“Esta prueba es tan sensible como el estándar de oro, las pruebas de PCR altamente sensibles, pero es tan rápida como las pruebas de antígeno que se utilizan para el análisis rápido de Covid-19”, dice Nguyen.

Los prototipos desarrollados en este estudio cuentan con sensores en el interior de la máscara para detectar el estado de un usuario, así como sensores colocados en el exterior de las prendas, para detectar la exposición del entorno. Los investigadores también pueden intercambiar sensores por otros patógenos, como la influenza, el Ébola y el Zika, o sensores que han desarrollado para detectar agentes nerviosos organofosforados.

“A través de estas demostraciones, esencialmente hemos reducido la funcionalidad de las instalaciones de pruebas moleculares de última generación a un formato compatible con escenarios portátiles en una variedad de aplicaciones”, dice Soenksen.

Los investigadores han solicitado una patente sobre la tecnología y ahora esperan trabajar con una empresa para desarrollar aún más los sensores. La mascarilla es probablemente la primera aplicación que podría estar disponible, dice Collins.

“Creo que la mascarilla es probablemente la más avanzada y la más cercana a un producto. Ya hemos tenido mucho interés de grupos externos que quisieran aprovechar los esfuerzos de prototipos que tenemos y hacerlos avanzar a un producto comercializado y aprobado ”, dice.

 

Una versión original de este artículo fue publicado en MIT News y se reproduce en este sitio con permiso de MIT News. Puede ver el artículo original aquí.

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