Sars-Cov-2: Τώρα που η φάση έκτακτης ανάγκης της πανδημίας COVID-19 έχει λήξει, οι επιστήμονες αναζητούν τρόπους παρακολούθησης των εσωτερικών χώρων σε πραγματικό χρόνο για ιούς. Συνδυάζοντας τις πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία δειγματοληψίας αερολυμάτων και μια υπερευαίσθητη τεχνική βιοανίχνευσης, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις δημιούργησαν ένα μόνιτορ πραγματικού χρόνου που μπορεί να ανιχνεύσει οποιαδήποτε από τις παραλλαγές του ιού SARS-CoV-2 σε ένα δωμάτιο σε περίπου 5 λεπτά. Η φθηνή, δοκιμαστική συσκευή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε νοσοκομεία και εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης, σχολεία και δημόσιους χώρους για να βοηθήσει στην ανίχνευση του Sars-CoV-2 και ενδεχομένως στην παρακολούθηση άλλων αερολυμάτων αναπνευστικών ιών, όπως η γρίπη και ο αναπνευστικός συγκυτιακός ιός (RSV).
Τα αποτελέσματα της εργασίας τους σχετικά με την οθόνη, η οποία, όπως λένε, είναι ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής που υπάρχει, δημοσιεύονται στο Nature Communications. Η διεπιστημονική ομάδα ερευνητών της Πολυτεχνικής Σχολής McKelvey και της Ιατρικής Σχολής αποτελείται από τον Rajan Chakrabarty, τον Harold D. Jolley Αναπληρωτή Καθηγητή Επαγγελματικής Ανάπτυξης Ενέργειας, Περιβαλλοντικής & Χημικής Μηχανικής στη Πολυτεχνική Σχολή McKelvey, τον Joseph Puthussery, μεταδιδακτορικό ερευνητικό συνεργάτη στο εργαστήριο του Chakrabarty, τον John Cirrito, καθηγητή νευρολογίας στην Ιατρική Σχολή και την Carla Yuede, αναπληρώτρια καθηγήτρια ψυχιατρικής στην Ιατρική Σχολή. “Δεν υπάρχει τίποτα προς το παρόν που να μας λέει πόσο ασφαλές είναι ένα δωμάτιο”, δήλωσε ο Cirrito. “Αν βρίσκεστε σε ένα δωμάτιο με 100 άτομα, δεν θέλετε να μάθετε πέντε ημέρες αργότερα αν μπορεί να είστε άρρωστοι ή όχι. Η ιδέα με αυτή τη συσκευή είναι ότι μπορείτε να γνωρίζετε ουσιαστικά σε πραγματικό χρόνο, ή κάθε 5 λεπτά, αν υπάρχει ζωντανός ιός”. Οι Cirrito και Yuede είχαν προηγουμένως αναπτύξει έναν βιοαισθητήρα μικρο-ανοσοηλεκτροδίων (MIE) που ανιχνεύει το αμυλοειδές βήτα ως βιοδείκτη για τη νόσο του Αλτσχάιμερ και αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσε να μετατραπεί σε ανιχνευτή για τον SARS-CoV-2. Απευθύνθηκαν στον Chakrabarty, ο οποίος συγκρότησε μια ομάδα στην οποία συμμετείχε και ο Puthussery, ο οποίος είχε εμπειρία στην κατασκευή οργάνων πραγματικού χρόνου για τη μέτρηση της τοξικότητας του αέρα. Για να μετατρέψουν τον βιοαισθητήρα από την ανίχνευση του αμυλοειδούς βήτα στον κορωνοϊό, οι ερευνητές αντάλλαξαν το αντίσωμα που αναγνωρίζει το αμυλοειδές βήτα με ένα νανοαντίσωμα από λάμα που αναγνωρίζει την πρωτεΐνη spike του ιού SARS-CoV-2. Ο David Brody, MD, Ph.D., πρώην μέλος ΔΕΠ στο Τμήμα Νευρολογίας της Ιατρικής Σχολής και συγγραφέας της εργασίας, ανέπτυξε το νανοαντίσωμα στο εργαστήριό του στα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH). Το νανοσωματίδιο είναι μικρό, εύκολο να αναπαραχθεί και να τροποποιηθεί και φθηνό στην κατασκευή του, δήλωσαν οι ερευνητές. “Η ηλεκτροχημική προσέγγιση με βάση τον νανοαντιπρόσωπο είναι ταχύτερη στην ανίχνευση του ιού επειδή δεν χρειάζεται αντιδραστήριο ή πολλά στάδια επεξεργασίας”, δήλωσε ο Yuede. “Ο SARS-CoV-2 συνδέεται με τα νανοσωματίδια στην επιφάνεια και μπορούμε να προκαλέσουμε οξείδωση των τυροσινών στην επιφάνεια του ιού χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται βολταμμετρία τετραγωνικών κυμάτων για να λάβουμε μια μέτρηση της ποσότητας του ιού στο δείγμα”.
Οι Chakrabarty και Puthussery ενσωμάτωσαν τον βιοαισθητήρα σε έναν δειγματολήπτη αέρα που λειτουργεί με βάση την τεχνολογία υγρού κυκλώνα. Ο αέρας εισέρχεται στον δειγματολήπτη με πολύ υψηλές ταχύτητες και αναμιγνύεται φυγοκεντρικά με το υγρό που επενδύει τα τοιχώματα του δειγματολήπτη για να δημιουργηθεί μια επιφανειακή δίνη, παγιδεύοντας έτσι τα αερολύματα του ιού. Ο δειγματολήπτης υγρού κυκλώνα διαθέτει αυτοματοποιημένη αντλία που συλλέγει το υγρό και το στέλνει στον βιοαισθητήρα για την απρόσκοπτη ανίχνευση του ιού με τη χρήση ηλεκτροχημείας. “Η πρόκληση με τους ανιχνευτές αερολυμάτων είναι ότι το επίπεδο του ιού στον αέρα εσωτερικού χώρου είναι τόσο αραιωμένο που ωθεί ακόμη και προς το όριο ανίχνευσης της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR) και είναι σαν να βρίσκει κανείς βελόνα στα άχυρα”, δήλωσε ο Chakrabarty. “Η υψηλή ανάκτηση του ιού από τον υγρό κυκλώνα μπορεί να αποδοθεί στον εξαιρετικά υψηλό ρυθμό ροής του, ο οποίος του επιτρέπει να δειγματοληπτεί μεγαλύτερο όγκο αέρα κατά τη διάρκεια μιας 5λεπτης δειγματοληψίας σε σύγκριση με τους εμπορικά διαθέσιμους δειγματολήπτες”. Οι περισσότεροι εμπορικοί δειγματολήπτες βιοαεροζόλ λειτουργούν με σχετικά χαμηλό ρυθμό ροής, δήλωσε ο Puthussery, ενώ ο μετρητής της ομάδας έχει ρυθμό ροής περίπου 1.000 λίτρα ανά λεπτό, γεγονός που τον καθιστά μία από τις συσκευές με τον υψηλότερο ρυθμό ροής που διατίθενται. Είναι επίσης συμπαγής, με πλάτος περίπου 1 πόδι και ύψος 10 ίντσες, και ανάβει όταν ανιχνεύεται ιός, ειδοποιώντας τους διαχειριστές να αυξήσουν τη ροή ή την κυκλοφορία του αέρα στο δωμάτιο.
Η ομάδα δοκίμασε το μόνιτορ στα διαμερίσματα δύο ασθενών με θετικό Sars-Cov-2. Τα αποτελέσματα της PCR σε πραγματικό χρόνο από δείγματα αέρα από τα υπνοδωμάτια συγκρίθηκαν με δείγματα αέρα που συλλέχθηκαν από ένα δωμάτιο ελέγχου χωρίς ιούς. Οι συσκευές ανίχνευσαν RNA του ιού στα δείγματα αέρα από τα υπνοδωμάτια, αλλά δεν ανίχνευσαν κανένα στα δείγματα αέρα του ελέγχου. Σε εργαστηριακά πειράματα με αερολύματα SARS-CoV-2 σε θάλαμο μεγέθους δωματίου, ο υγρός κυκλώνας και ο βιοαισθητήρας μπόρεσαν να ανιχνεύσουν διαφορετικά επίπεδα συγκεντρώσεων του ιού στον αέρα μετά από λίγα μόνο λεπτά δειγματοληψίας. “Ξεκινάμε με τον SARS-CoV-2, αλλά υπάρχουν σχέδια για τη μέτρηση επίσης της γρίπης, του RSV, του ρινοϊού και άλλων κορυφαίων παθογόνων που μολύνουν συνήθως τους ανθρώπους”, δήλωσε ο Cirrito. “Σε ένα νοσοκομειακό περιβάλλον, το μόνιτορ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του σταφυλόκοκκου ή του στρεπτόκοκκου, που προκαλούν κάθε είδους επιπλοκές στους ασθενείς. Αυτό θα μπορούσε πραγματικά να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην υγεία των ανθρώπων” Η ομάδα εργάζεται για την εμπορική διάθεση του οργάνου παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα.
