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Gli ingegneri del MIT e dell'Università di Harvard hanno progettato un piccolo dispositivo da tavolo in grado di rilevare il SARS-CoV-2 da un campione di saliva in circa un'ora. In un nuovo studio, hanno dimostrato che la diagnostica è accurata tanto quanto i test PCR ora utilizzati.

Il dispositivo può essere utilizzato anche per rilevare specifiche mutazioni virali legate ad alcune delle varianti SARS-CoV-2 che ora sono in circolazione. Questo risultato può essere ottenuto anche entro un'ora, rendendo potenzialmente molto più facile tracciare diverse varianti del virus, specialmente nelle regioni che non hanno accesso alle strutture di sequenziamento genetico.

"Abbiamo dimostrato che la nostra piattaforma può essere programmata per rilevare nuove varianti che emergono e che potremmo riutilizzarla abbastanza rapidamente", afferma James Collins, professore di ingegneria e scienze mediche presso l'Istituto di ingegneria e scienza medica (IMES) del MIT e Dipartimento di Ingegneria Biologica. "In questo studio, abbiamo preso di mira le varianti del Regno Unito, del Sud Africa e del Brasile, ma potresti facilmente adattare la piattaforma diagnostica per affrontare la variante Delta e altre che stanno emergendo".

La nuova diagnostica, che si basa sulla tecnologia CRISPR, può essere assemblata per circa $ 15, ma tali costi potrebbero diminuire in modo significativo se i dispositivi fossero prodotti su larga scala, affermano i ricercatori.

Collins, che è anche membro del Broad Institute di Harvard e del MIT, è l'autore senior del nuovo studio, che appare oggi su Science Advances. Gli autori principali del documento sono Helena de Puig, postdoc presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard; Rose Lee, istruttrice di pediatria al Boston Children's Hospital e al Beth Israel Deaconess Medical Center e visiting fellow al Wyss Institute; Devora Najjar, una studentessa laureata al Media Lab del MIT; e Xiao Tan, ricercatore clinico presso il Wyss Institute e istruttore di gastroenterologia presso il Massachusetts General Hospital.

La nuova diagnostica si basa su SHERLOCK, uno strumento basato su CRISPR che Collins e altri hanno segnalato per la prima volta nel 2017. I componenti del sistema includono un filo guida dell'RNA che consente il rilevamento di specifiche sequenze di RNA bersaglio e enzimi Cas che scindono tali sequenze e producono un segnale fluorescente. Tutti questi componenti molecolari possono essere liofilizzati per la conservazione a lungo termine e riattivati ​​dopo l'esposizione all'acqua.

L'anno scorso, il laboratorio di Collins ha iniziato a lavorare sull'adattamento di questa tecnologia per rilevare il virus SARS-CoV-2, sperando di poter progettare un dispositivo diagnostico in grado di produrre risultati rapidi e di essere utilizzato con poca o nessuna esperienza. Volevano anche che funzionasse con i campioni di saliva, rendendolo ancora più facile per gli utenti.

Per ottenere ciò, i ricercatori hanno dovuto incorporare una fase critica di pre-elaborazione che disabilita gli enzimi chiamati nucleasi salivari, che distruggono gli acidi nucleici come l'RNA. Una volta che il campione entra nel dispositivo, le nucleasi vengono inattivate dal calore e da due reagenti chimici. Quindi, l'RNA virale viene estratto e concentrato facendo passare la saliva attraverso una membrana.

"Quella membrana era la chiave per raccogliere gli acidi nucleici e concentrarli in modo da poter ottenere la sensibilità che stiamo mostrando con questa diagnostica", afferma Lee.

Questo campione di RNA viene quindi esposto a componenti CRISPR / Cas liofilizzati, che vengono attivati ​​dalla perforazione automatica di pacchetti d'acqua sigillati all'interno del dispositivo. La reazione one-pot amplifica il campione di RNA e quindi rileva la sequenza di RNA bersaglio, se presente.

"Il nostro obiettivo era creare una diagnostica completamente autonoma che non richiedesse altre apparecchiature", afferma Tan. "Essenzialmente il paziente sputa in questo dispositivo, e poi si preme uno stantuffo e si ottiene una risposta un'ora dopo".

I ricercatori hanno progettato il dispositivo, che chiamano SHERLOCK minimamente strumentato (miSHERLOCK), in modo che possa avere fino a quattro moduli che cercano ciascuno una sequenza di RNA bersaglio diversa. Il modulo originale contiene filamenti guida di RNA che rilevano qualsiasi ceppo di SARS-CoV-2. Altri moduli sono specifici per le mutazioni associate ad alcune delle varianti che sono emerse nell'ultimo anno, tra cui B.1.1.7, P.1 e B.1.351.

La variante Delta non era ancora molto diffusa quando i ricercatori hanno eseguito questo studio, ma poiché il sistema è già costruito, affermano che dovrebbe essere semplice progettare un nuovo modulo per rilevare quella variante. Il sistema potrebbe anche essere facilmente programmato per monitorare nuove mutazioni che potrebbero rendere il virus più infettivo.

"Se si vuole fare un'indagine epidemiologica più ampia, è possibile progettare test prima che appaia una mutazione preoccupante in una popolazione, per monitorare mutazioni potenzialmente pericolose nella proteina spike", afferma Najjar.

I ricercatori hanno prima testato il loro dispositivo con saliva umana addizionata di sequenze sintetiche di RNA SARS-CoV-2 e poi con circa 50 campioni di pazienti risultati positivi al virus. Hanno scoperto che il dispositivo era accurato tanto quanto i test PCR gold standard ora utilizzati, che richiedono tamponi nasali e richiedono più tempo e significativamente più hardware e gestione dei campioni per produrre risultati.

Il dispositivo produce una lettura fluorescente che può essere vista ad occhio nudo e i ricercatori hanno anche progettato un'app per smartphone in grado di leggere i risultati e inviarli ai dipartimenti di sanità pubblica per un più facile monitoraggio.

I ricercatori ritengono che il loro dispositivo potrebbe essere prodotto a un costo compreso tra $ 2 e $ 3 per dispositivo. Se approvati dalla FDA e prodotti su larga scala, prevedono che questo tipo di diagnostica potrebbe essere utile sia per le persone che vogliono essere in grado di eseguire i test a casa, sia nei centri sanitari in aree senza un accesso diffuso ai test PCR o al sequenziamento genetico delle varianti SARS-CoV-2.

"La capacità di rilevare e tracciare queste varianti è essenziale per un'efficace salute pubblica, ma sfortunatamente le varianti vengono attualmente diagnosticate solo mediante il sequenziamento dell'acido nucleico presso centri epidemiologici specializzati che sono scarsi anche nelle nazioni ricche di risorse", afferma de Puig.

La ricerca è stata finanziata dal Wyss Institute; il gruppo Paul G. Allen Frontiers; l'Harvard University Center for AIDS Research, che è sostenuto dal National Institutes of Health; una borsa di studio post-dottorato della Burroughs-Wellcome American Society of Tropical Medicine and Hygiene; un premio Takeda Pharmaceutical Research Scholar dell'Associazione Gastroenterologica Americana; e una borsa di studio del Centro MIT-TATA.

Un nuovo dispositivo da tavolo sviluppato da ricercatori del MIT e di altre istituzioni può identificare le varianti di Covid-19 nella saliva di una persona, riferisce CBS Boston. "Abbiamo cercato di limitare il numero di passaggi utente per assicurarci che fosse il più semplice possibile", spiega la studentessa laureata Devora Najjar.

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