Los ingenieros de Stanford han desarrollado un microlab genético que puede detectar COVID-19 en minutos

Durante la pandemia, los expertos en enfermedades infecciosas y los trabajadores médicos de primera línea han pedido una prueba de COVID-19 más rápida, barata y confiable. Ahora, aprovechando la tecnología llamada "laboratorio en un chip" y la técnica de edición genética de vanguardia conocida como CRISPR, los investigadores de Stanford han creado un dispositivo altamente automatizado que puede identificar la presencia del nuevo coronavirus en solo media hora. 

"El microlab es un chip de microfluidos de apenas la mitad del tamaño de una tarjeta de crédito que contiene una compleja red de canales más pequeños que el ancho de un cabello humano", dijo el autor principal del estudio, Juan G. Santiago, profesor de mecánica de la Fundación Charles Lee Powell. ingeniero en Stanford y experto en microfluidos, un campo dedicado al control de fluidos y moléculas a microescala mediante chips.

La nueva prueba COVID-19 se detalla en un estudio publicado el 4 de noviembre en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences . "Nuestra prueba puede identificar una infección activa de forma relativamente rápida y económica. Tampoco depende de los anticuerpos como muchas pruebas, que solo indican si alguien ha tenido la enfermedad y no si está infectado y, por lo tanto, es contagioso", explicó Ashwin Ramachandran, un estudiante de posgrado de Stanford y primer autor del estudio.

La prueba de microlaboratorio aprovecha el hecho de que coronavirus como el SARS-COV-2, el virus que causa el COVID-19, deja pequeñas huellas genéticas dondequiera que vayan en forma de hebras de ARN, el precursor genético del ADN. Si el ARN del coronavirus está presente en una muestra de hisopo, la persona de quien se tomó la muestra está infectada.

Para iniciar una prueba, el líquido de una muestra de hisopo nasal se deja caer en el microlab, que utiliza campos eléctricos para extraer y purificar cualquier ácido nucleico como el ARN que pueda contener. El ARN purificado luego se convierte en ADN y luego se replica muchas veces usando una técnica conocida como amplificación isotérmica.

A continuación, el equipo utilizó una enzima llamada CRISPR-Cas12, una hermana de la enzima CRISPR-Cas9 asociada con el Premio Nobel de Química de este año, para determinar si parte del ADN amplificado provenía del coronavirus.

Si es así, la enzima activada activa sondas fluorescentes que hacen que la muestra brille. Aquí también, los campos eléctricos juegan un papel crucial al ayudar a concentrar todos los ingredientes importantes (el ADN objetivo, la enzima CRISPR y las sondas fluorescentes) juntos en un espacio diminuto más pequeño que el ancho de un cabello humano, lo que aumenta drásticamente las posibilidades de que lo hagan. interactuar.

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"Nuestro chip es único en el sentido de que utiliza campos eléctricos tanto para purificar los ácidos nucleicos de la muestra como para acelerar las reacciones químicas que nos permiten saber que están presentes", dijo Santiago.

El equipo creó su dispositivo con un presupuesto reducido de alrededor de $ 5,000. Por ahora, el paso de amplificación del ADN debe realizarse fuera del chip, pero Santiago espera que en unos meses su laboratorio integre todos los pasos en un solo chip.

Varias pruebas de diagnóstico a escala humana utilizan técnicas similares de amplificación de genes y enzimas, pero son más lentas y más caras que la nueva prueba, que proporciona resultados en solo 30 minutos. Otras pruebas pueden requerir más pasos manuales y pueden tardar varias horas.

Los investigadores dicen que su enfoque no es específico de COVID-19 y podría adaptarse para detectar la presencia de otros microbios dañinos, como E. coli en muestras de alimentos o agua, o tuberculosis y otras enfermedades en la sangre.

"Si queremos buscar una enfermedad diferente, simplemente diseñamos la secuencia de ácido nucleico apropiada en una computadora y la enviamos por correo electrónico a un fabricante comercial de ARN sintético. Ellos envían por correo un vial con la molécula que reconfigura completamente nuestro ensayo para una nueva enfermedad ", dijo Ramachandran.

Los investigadores están trabajando con Ford Motor Company para integrar aún más los pasos y desarrollar su prototipo en un producto comercializable.