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Las pruebas de anticuerpos son importantes para ayudar a determinar cuántos casos de COVID-19 han pasado desapercibidos y si las personas que han tenido el virus ahora podrían ser inmunes. Sin embargo, las pruebas de anticuerpos inmunosensores convencionales son lentas y tienden a mostrar resultados inexactos.
Varios investigadores están creando SoC para remediar los problemas de nivel de diseño asociados con estas pruebas esenciales.

Lab-on-a-Chip detecta anticuerpos en minutos

Se dice que una nueva prueba de anticuerpos que están desarrollando investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (CMU) detecta los anticuerpos COVID-19 en cuestión de segundos.
La prueba se basa en una plataforma de biosensores avanzada basada en nanomateriales y podría conducir al diagnóstico ultrarrápido de COVID-19, algo que es fundamental para el tratamiento de la enfermedad y ralentiza su propagación en las poblaciones.
En una investigación publicada en octubre, los científicos presentan una prueba de laboratorio en un chip (LoC) que se dice que detecta las respuestas inmunes al COVID-19 en dos o tres minutos.

Un prototipo de la prueba rápida de anticuerpos COVID-19 de los investigadores impulsada por un chip de microfluidos. Imagen utilizada por cortesía de Carnegie Mellon University

El dispositivo se construyó mediante impresión 3D con chorro de aerosol. Se imprimieron diminutos electrodos micropilares de oro a nanoescala sinterizando térmicamente las gotas de aerosol juntas, lo que provocó una superficie irregular que aumenta el área de superficie de los micropilares y conduce a una reacción electroquímica mejorada. Esta reacción hace que los anticuerpos se adhieran a los antígenos que recubren el electrodo, lo que permite la detección.
Con una pequeña gota de sangre, la plataforma LoC puede identificar la presencia de dos anticuerpos clave: la proteína S1 de pico y el dominio de unión al receptor (RBD), incluso en concentraciones bajas de anticuerpos tan pequeñas como 0,15 nanogramos por mililitro. La prueba funciona basándose en una reacción electroquímica dentro de los microfluidos para enviar una señal a una computadora cercana.

Un esquema del proceso de fabricación del chip de microfluidos. Imagen utilizada por cortesía de Carnegie Mellon University

Los materiales utilizados para construir la prueba son económicos, lo que permite producir en masa la prueba de microfluidos LoC a bajo costo. Los investigadores también afirman que debido a que la plataforma de detección en sí es genérica, podría usarse para la detección rápida de diferentes enfermedades infecciosas como el VIH y el Zika.

Chip-on-a-Card detecta varios virus a la vez

La Universidad de Rochester informó a principios de enero que está creando un chip óptico incrustado en una tarjeta desechable que detectará más de un virus, incluido el SARS-CoV-2, en un minuto.

Los investigadores de Rochester están desarrollando un "chip en una tarjeta" que puede detectar la exposición a múltiples virus, incluido el SARS-CoV-2. Imagen utilizada por cortesía de Miller Lab del Centro Médico de la Universidad de Rochester

El corazón de esta tecnología, el pequeño chip óptico, es "no más grande que un grano de arroz", según los investigadores. En diferentes áreas del chip, los sensores pueden detectar las proteínas vinculadas a ocho virus diferentes. Si alguien ha estado expuesto a cualquiera de estos ocho virus, los anticuerpos contra los virus que se encuentran en la muestra de sangre del paciente se extraerán de las proteínas y, por lo tanto, se detectarán.
“Esta es una plataforma de diagnóstico completamente nueva”, comenta Benjamin Miller del Centro Médico de la Universidad de Rochester, el investigador principal del proyecto.
El chip en un dispositivo de tarjeta permitirá a los médicos detectar rápidamente COVID-19 y comprender las relaciones entre COVID-19 e infecciones anteriores. Los investigadores esperan tener un prototipo validado a principios de la primavera a más tardar y planean usar sangre extraída de 100 pacientes COVID-19 que hayan dado su consentimiento para probar la efectividad del dispositivo.

El chip de microfluidos se basa en la luz para obtener resultados altamente precisos

En septiembre, una investigación informada por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) describió un dispositivo de un estudio de prueba de concepto que utiliza tecnología portátil de laboratorio en un chip para medir con precisión la concentración de anticuerpos presentes en el plasma sanguíneo.

La plataforma de prueba de anticuerpos desarrollada por investigadores de OIST. Imagen utilizada por cortesía del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa

Si bien existen muchas plataformas precisas para las pruebas de anticuerpos, invariablemente son caras y deben llevarse a cabo en el laboratorio. Como hemos visto durante la pandemia de COVID-19, esto significa que puede llevar horas (o días en el caso de grandes cargas de trabajo) obtener resultados. Esta es una desventaja obvia cuando hay un virus mortal en la circulación general que puede transmitirse fácilmente. Y aunque hay otras pruebas de anticuerpos que son fáciles de usar, rápidas y portátiles, no son tan precisas, lo que dificulta los esfuerzos de prueba.
Los investigadores de Okinawa evitaron esta desventaja entre accesibilidad y precisión desarrollando una plataforma de prueba alternativa. Combina la tecnología de detección de luz con un chip de microfluidos para proporcionar resultados precisos en 30 minutos, incluso cuando las concentraciones de anticuerpos son muy bajas.
Cada laboratorio en un chip es barato de producir y elimina la necesidad de procesamiento basado en laboratorio por parte de operadores capacitados, lo que hace que las pruebas generalizadas a nivel nacional por parte de trabajadores generales y voluntarios sean mucho más factibles.

Aquí, las flechas verdes muestran la dirección en la que se mueve la muestra a través del chip. Imagen utilizada por cortesía del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa

El chip de microfluidos de la plataforma, que está hecho de un portaobjetos de vidrio cubierto de oro con un canal de microfluidos integrado, está integrado con una sonda de luz de fibra óptica. Usando voltaje, los investigadores crearon decenas de miles de estructuras de oro puntiagudas en un portaobjetos de vidrio. Luego, estas estructuras se modificaron uniendo un fragmento de la proteína espiga del SARS-CoV-2, que es crucial para ayudar al virus a infectar las células y provoca una fuerte respuesta inmunitaria.
En su estudio de prueba de concepto, los investigadores demostraron el funcionamiento de cómo la prueba detecta anticuerpos mediante el uso de plasma artificial enriquecido con anticuerpos COVID-19.
Usando una bomba de jeringa, la muestra se extrajo a través del chip pasando las nanopúas de oro recubiertas de proteína que se unen a los fragmentos de proteína de la punta. Esta unión es luego detectada por la sonda de luz de fibra óptica. Cuando se unen más anticuerpos, la sonda de luz de fibra óptica detecta cambios más grandes en la longitud de onda de la luz absorbida.
Con esta información, es posible determinar la concentración de anticuerpos presentes en una muestra de plasma sanguíneo. Los investigadores de Okinawa predicen que el despliegue generalizado de su prueba cuantitativa de anticuerpos COVID podría tener un gran impacto en la forma en que se trata la enfermedad.