p À medida que o lançamento da vacina COVID-19 nacional da Austrália continua e a ameaça de variantes globais novas e existentes se aproxima, o teste rápido continua sendo essencial para a identificação, rastreamento de contato e contenção de infecção. p Nossa equipe de pesquisa, com o apoio de nossos colaboradores australianos, estão perto de completar uma busca de um ano para desenvolver quantidades comerciais de nanopartículas magnéticas de origem local - um ingrediente chave que faltava para um kit de teste COVID-19 totalmente feito na Austrália.

p Embora os testes de anticorpos (usados ​​na maioria dos centros de teste australianos) possam mostrar quais pessoas já foram expostas e desenvolveram uma resposta imunológica, Os testes de reação em cadeia da polimerase (PCR) são o padrão ouro para determinar se uma pessoa está infectada.

p Muitos australianos, e de fato muitas pessoas em todo o mundo, estará familiarizado com o teste de cotonete COVID-19 ". Uma ponta de algodão é primeiro esfregada na parte de trás da garganta e depois inserida profundamente em ambas as narinas - uma sensação estranha e desagradável.

p Testes COVID:nos bastidores

p A parte que você não vê então acontece é no laboratório, onde os técnicos analisam a amostra para RNA - o material genético do SARS-CoV-2 - o vírus causador do COVID-19.

p Uma parte crítica desse processo laboratorial é separar o material genético (conhecido como ácido nucléico) de outro material biológico coletado no swab. Isso é conseguido usando nanopartículas de sílica magnética.

p Essas nanopartículas têm normalmente apenas algumas centenas de nanômetros de tamanho (um milionésimo de milímetro) e consistem em um núcleo de material magnético revestido por uma fina camada de sílica (vidro), que são adicionados a um frasco contendo a solução de zaragatoa.

p É adicionado um sal especial que faz com que todos os ácidos nucléicos do cotonete grudem reversivelmente na casca de sílica.

p Como as nanopartículas são magnéticas, os ácidos nucléicos agora podem ser coletados e separados de todos os outros biomateriais indesejados no swab usando um ímã simples.

p Os ácidos nucleicos purificados são então desvinculados das nanopartículas de sílica magnética, e um teste de PCR é realizado para verificar se algum RNA do vírus SARS-CoV-2 está presente.

p O ingrediente que falta

p Quando a pandemia atingiu, Contudo, nanopartículas de sílica magnética não estavam sendo produzidas na Austrália, e como ainda não há produtores locais, Os fabricantes australianos de kits de teste são obrigados a adquiri-los no exterior.

p O enorme aumento da demanda global por essas partículas elevou os custos, interrompendo as cadeias de abastecimento, e limitar a disponibilidade de esferas magnéticas para os fabricantes australianos de kits de teste de cotonete.

p O governo australiano estabeleceu uma Força-Tarefa do Kit de Teste COVID, que em março de 2020, solicitou a ajuda de nosso Laboratório de Nanociência para ajudar a produzir partículas magnéticas de sílica localmente, construir um suprimento garantido para pelo menos 100, 000 testes COVID por semana.

p Mas houve alguns problemas.

p Em primeiro lugar, partículas comerciais são produzidas no exterior por meio de métodos proprietários que não estão disponíveis publicamente, então, antes que pudéssemos criar um suprimento australiano, precisaríamos criar nosso próprio método para produzir nanopartículas magnéticas de sílica funcionais.

p Felizmente, no ARC Center of Excellence in Exciton Science, temos trabalhado na produção de nanopartículas magnéticas para outras aplicações, incluindo síntese de pontos quânticos, portanto, fomos capazes de projetar e testar métodos para fazer um produto apropriado.

p Produção local durante uma pandemia

p O segundo problema era que era 2020, e estávamos em Melbourne. Com as severas restrições de movimento em vigor durante a maior parte do ano, quase todos os funcionários e alunos não puderam frequentar o campus de Parkville da Universidade.

p Contudo, nossa pequena equipe de pesquisadores recebeu permissão para ocupar espaço na amplamente deserta Escola de Química para enfrentar esse importante desafio.

p O problema final era de escala.

p Cada kit de teste requer aproximadamente cinco microgramas de partículas de sílica, e assim encontrar 100, 000 testes por semana, nosso objetivo inicial era fazer 500 gramas de nanopartículas magnéticas por semana.

p Tínhamos o know-how químico, mas para um laboratório de pesquisa acostumado a fazer pequenas reações e produzir menos de um grama de produto, não tínhamos acesso a todo o equipamento necessário.

p Para ter uma ideia de quão grande era esse problema, imagine ser mandado fazer molho de macarrão suficiente para mil pessoas - na cozinha de sua casa.

p Para alcançar este grande aumento em escala, estabelecemos colaborações com várias empresas australianas, incluindo Scaled Organics em Melbourne, que disponibilizaram seus reatores-piloto para produzir as quantidades de material de que precisávamos.

p O fabricante do kit de teste COVID com sede em Sydney, Genetic Signatures, foi então capaz de verificar se cada lote de nanopartículas era adequado para o propósito em uma situação de teste COVID real.

p Também tivemos o apoio do Monash Center for Electron Microscopy e do Australian Synchrotron para trabalhar em imagens de amostras comerciais das nanopartículas e compará-las com nossos lotes de teste.

p Uma receita simples

p A reação precisava ser simples e com relativamente poucas etapas, para minimizar custos e outras barreiras à escalabilidade.

p Ao longo de meses de longas horas e trabalho ininterrupto, nós identificamos, otimizado, verificou e ampliou uma síntese de nanopartículas magnéticas revestidas de sílica.

p Mas houve um obstáculo.

p Notamos uma mudança na cor das amostras de nanopartículas logo após a síntese, levando à especulação de que a estrutura cristalina das nanopartículas estava mudando de magnetita (Fe₃O₄) para maghemita (Fe₂O₃) ao longo do tempo.

p Reconhecendo a importância do projeto, a Organização Australiana de Ciência e Tecnologia Nuclear (ANSTO) nos deu acesso prioritário aos seus equipamentos solicitados, uma linha de luz de Espectroscopia de Absorbância de Raios-X (XAS) no Síncrotron Australiano, para resolver esta questão.

p Não é fácil distinguir as duas estruturas cristalinas, pois são muito semelhantes, mas a espectroscopia de absorção de raios X pode distingui-los facilmente. A partir dos resultados, determinamos que um dos sais que estávamos adicionando à mistura de reação estava conduzindo a formação de uma estrutura cristalina e não da outra (esses resultados serão publicados posteriormente).

p Conseguimos, então, encontrar a concentração ideal de sal para produzir magnetita, que é preferível porque é mais magnético do que maghemita, e funciona melhor dentro das nanopartículas acabadas.

p Rumo a um teste feito na Austrália

p Para desenvolver um produto capaz de combinar ofertas comerciais internacionais equivalentes, realizamos mais de 500 experimentos com pequenos lotes para otimizar cada elemento da produção, incluindo a espessura do revestimento de sílica, as proporções e concentrações de reagentes, e até métodos de purificação diferentes.

p Sujeito a verificação em testes clínicos, nossas nanopartículas poderão em breve ser usadas para fornecer nanopartículas de sílica magnética para um kit de teste COVID-19 feito na Austrália - à medida que continuamos a enfrentar os desafios desta emergência de saúde global sem precedentes.