Pesquisadores da Carnegie Mellon University relatam descobertas em uma plataforma de biossensor baseada em nanomaterial avançada que detecta, em segundos, anticorpos específicos para SARS-CoV-2, o vírus responsável pela pandemia de COVID-19. Além de testar, a plataforma ajudará a quantificar com precisão a resposta imunológica do paciente às novas vacinas.

Os resultados foram publicados esta semana na revista Materiais avançados . Os colaboradores da Carnegie Mellon incluíam a University of Pittsburgh (Pitt) e a UPMC.

A plataforma de teste identifica a presença de dois dos anticorpos do vírus, pico de proteína S1 e domínio de ligação ao receptor (RBD), em uma gota de sangue muito pequena (cerca de 5 microlitros). As concentrações de anticorpos podem ser extremamente baixas e ainda detectadas abaixo de um picomolar (0,15 nanogramas por mililitro). Essa detecção ocorre por meio de uma reação eletroquímica em um dispositivo microfluídico portátil que envia os resultados quase imediatamente para uma interface simples em um smartphone.

"Utilizamos os mais recentes avanços em materiais e fabricação, como impressão 3D de nanopartículas para criar um dispositivo que detecta rapidamente anticorpos COVID-19, "disse Rahul Panat, um professor associado de engenharia mecânica na Carnegie Mellon que usa técnicas especializadas de manufatura aditiva para pesquisas que vão desde interfaces cérebro-computador a dispositivos de biomonitoramento.

Uma tecnologia de manufatura aditiva chamada impressão 3D de jato de aerossol é responsável pela eficiência e precisão da plataforma de teste. Pequeno, eletrodos micropilares de ouro baratos são impressos em nanoescala usando gotículas de aerossol que são sinterizadas termicamente. Isso causa um superfície irregular que fornece área de superfície aumentada dos micropilares e uma reação eletroquímica aprimorada, onde os anticorpos podem se prender aos antígenos revestidos no eletrodo. A geometria específica permite que os micropilares carreguem mais proteínas para detecção, resultando em muito preciso, resultados rápidos.

O teste tem uma taxa de erro muito baixa porque a reação de ligação entre o anticorpo e o antígeno usado no dispositivo é altamente seletiva. Os pesquisadores foram capazes de explorar esse design natural em seu benefício.

Os resultados chegam em um momento urgente durante a pandemia COVID-19. "Porque nossa técnica pode quantificar a resposta imune à vacinação, é muito relevante no ambiente atual, "Panat disse.

Panat colaborou com Shou-Jiang Gao, líder do programa de virologia do câncer no Hillman Cancer Center da UPMC e professor de microbiologia e genética molecular na Pitt. Azahar Ali, um pesquisador no Laboratório de Manufatura e Materiais Avançados da Panat, foi o autor principal do estudo.

O diagnóstico rápido para o tratamento e prevenção de doenças transmissíveis é um problema de saúde pública que vai além da atual pandemia de COVID-19. Como a plataforma de detecção proposta é genérica, pode ser usado para a detecção rápida de biomarcadores para outros agentes infecciosos, como o Ebola, HIV, e Zika. Um teste tão rápido e eficaz pode ser uma virada de jogo para controlar a propagação de doenças.