Ingenieros han desarrollado una nueva prueba para la COVID-19.
El dispositivo de sobremesa puede detectar el SARS-CoV-2 a partir de una muestra de saliva en alrededor de una hora.
Las investigaciones sugieren que es tan precisa como la prueba PCR de uso común.
Ingenieros del MIT y de la Universidad de Harvard han diseñado un pequeño dispositivo de sobremesa que puede detectar el SARS-CoV-2 a partir de una muestra de saliva en aproximadamente una hora. En un nuevo estudio, demostraron que el diagnóstico es igual de preciso que las pruebas PCR que se utilizan actualmente.
El dispositivo también puede utilizarse para detectar mutaciones virales específicas asociadas a algunas de las variantes del SARS-CoV-2 que están circulando actualmente. Este resultado también puede obtenerse en el plazo de una hora, lo que podría facilitar mucho el seguimiento de las distintas variantes del virus, especialmente en regiones que no tienen acceso a instalaciones de secuenciación genética.
“Demostramos que nuestra plataforma puede programarse para detectar nuevas variantes que surjan, y que podríamos reorientarla bastante rápido”, afirma James Collins, catedrático Termeer de Ingeniería y Ciencias Médicas en el Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas (IMES) del MIT y en el Departamento de Ingeniería Biológica. “En este estudio, nos centramos en las variantes del Reino Unido, Sudáfrica y Brasil, pero se podría adaptar fácilmente la plataforma de diagnóstico para abordar la variante Delta y otras que están surgiendo.”
El nuevo diagnóstico, que se basa en la tecnología CRISPR, puede ensamblarse por unos 15 dólares, aunque, según indican los investigadores, esos costes podrían reducirse considerablemente si los dispositivos se produjeran a gran escala.
Collins es el autor principal del nuevo estudio, que se publica hoy en Science Advances. Los autores principales del artículo son Helena de Puig, posdoctoral en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard; Rose Lee, instructora en pediatría del Boston Children’s Hospital y del Beth Israel Deaconess Medical Center y miembro investigadora visitante del Instituto Wyss; Devora Najjar, estudiante de posgrado en el Media Lab del MIT; y Xiao Tan, becario clínico en el Instituto Wyss e instructor de gastroenterología en el Massachusetts General Hospital.
Un diagnóstico autónomo
El nuevo diagnóstico se basa en SHERLOCK, una herramienta basada en CRISPR que Collins y otros investigadores presentaron por primera vez en 2017. Los componentes del sistema incluyen una hebra guía de ARN que permite detectar secuencias específicas de ARN diana, y enzimas Cas que escinden esas secuencias y producen una señal fluorescente. Todos estos componentes moleculares pueden liofilizarse para su almacenamiento a largo plazo y reactivarse al entrar en contacto con el agua.
El año pasado, el laboratorio de Collins comenzó a trabajar en la adaptación de esta tecnología para detectar el virus SARS-CoV-2, con la esperanza de diseñar un dispositivo de diagnóstico que pudiera ofrecer resultados rápidos y manejarse con pocos o ningún conocimiento especializado. También querían que funcionara con muestras de saliva, lo que lo haría aún más fácil de usar.
Para lograrlo, los investigadores tuvieron que incorporar un paso crítico de preprocesamiento que inactiva las enzimas denominadas nucleasas salivales, que destruyen los ácidos nucleicos como el ARN. Una vez que la muestra entra en el dispositivo, las nucleasas se inactivan mediante calor y dos reactivos químicos. Después, el ARN viral se extrae y se concentra al pasar la saliva por una membrana.
“Esa membrana fue clave para recoger los ácidos nucleicos y concentrarlos, de modo que podamos obtener la sensibilidad que estamos demostrando con este diagnóstico”, afirma Lee.
Esta muestra de ARN se expone después a componentes CRISPR/Cas liofilizados, que se activan mediante la perforación automatizada de envases de agua sellados dentro del dispositivo. La reacción en un solo recipiente amplifica la muestra de ARN y luego detecta la secuencia diana de ARN, si está presente.
“Nuestro objetivo era crear un diagnóstico completamente autónomo que no requiriera ningún otro equipo”, afirma Tan. “Básicamente, el paciente escupe en este dispositivo, luego se presiona un émbolo y se obtiene una respuesta una hora después.”
Los investigadores diseñaron el dispositivo, al que denominan SHERLOCK con instrumentación mínima (miSHERLOCK), de forma que pueda tener hasta cuatro módulos, cada uno de los cuales busca una secuencia diana de ARN distinta. El módulo original contiene hebras guía de ARN que detectan cualquier cepa del SARS-CoV-2. Otros módulos son específicos de mutaciones asociadas a algunas de las variantes que han surgido en el último año, entre ellas B.1.1.7, P.1 y B.1.351.
La variante Delta no estaba todavía muy extendida cuando los investigadores llevaron a cabo este estudio, pero, dado que el sistema ya está construido, afirman que debería ser sencillo diseñar un nuevo módulo para detectar esa variante. El sistema también podría programarse fácilmente para vigilar nuevas mutaciones que pudieran hacer el virus más infeccioso.
“Si se quiere realizar un estudio epidemiológico más amplio, se pueden diseñar ensayos antes de que aparezca en una población una mutación preocupante, para vigilar posibles mutaciones peligrosas en la proteína de la espícula”, afirma Najjar.
Seguimiento de las variantes
Los investigadores probaron primero su dispositivo con saliva humana a la que se habían añadido secuencias sintéticas de ARN del SARS-CoV-2, y después con unas 50 muestras de pacientes que habían dado positivo en el virus. Comprobaron que el dispositivo era tan preciso como las pruebas PCR consideradas patrón de referencia y que se utilizan actualmente, las cuales requieren hisopos nasales y necesitan más tiempo y bastante más equipamiento y manipulación de muestras para obtener resultados.
El dispositivo genera una lectura fluorescente que puede observarse a simple vista, y los investigadores también diseñaron una aplicación para teléfonos inteligentes que puede leer los resultados y enviarlos a los departamentos de salud pública para facilitar su seguimiento.
Los investigadores creen que su dispositivo podría producirse a un coste tan bajo como de 2 a 3 dólares por unidad. Si la FDA lo aprueba y se fabrica a gran escala, prevén que este tipo de diagnóstico podría ser útil, bien para personas que deseen hacerse la prueba en casa, bien para centros de atención sanitaria en zonas sin un acceso generalizado a las pruebas PCR o a la secuenciación genética de las variantes del SARS-CoV-2.
“La capacidad de detectar y seguir estas variantes es esencial para una salud pública eficaz, pero, por desgracia, actualmente las variantes solo se diagnostican mediante la secuenciación de ácidos nucleicos en centros epidemiológicos especializados, que escasean incluso en países con muchos recursos”, afirma de Puig.
La investigación fue financiada por el Instituto Wyss; el Paul G. Allen Frontiers Group; el Centro de Investigación del SIDA de la Universidad de Harvard, que cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud; una beca posdoctoral de la Sociedad Estadounidense de Medicina Tropical e Higiene Burroughs-Wellcome; un premio a investigadores de la Asociación Estadounidense de Gastroenterología Takeda Pharmaceutical; y una beca del Centro MIT-TATA.
