Enfoque novedoso a las pruebas de la COVID-19 podría conducir a pruebas más rápidas, menos costosas y más exactas

Utilizando simulaciones matemáticas, los investigadores han demostrado que sería posible diseñar un sensor, basado en la física cuántica, que pudiera detectar el virus SARS-CoV-2.

Este nuevo método para las pruebas, desarrollado por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT; Cambridge, MA, EUA), para detectar la presencia del virus que causa la COVID-19, puede conducir a pruebas que sean más rápidas, menos costosas y potencialmente menos propensas a resultados erróneos que los métodos de detección existentes. Aunque el trabajo, basado en efectos cuánticos, todavía es teórico, estos detectores se podrían adaptar para detectar prácticamente cualquier virus. Las pruebas existentes para el virus SARS-CoV-2 incluyen pruebas rápidas que detectan proteínas virales específicas y pruebas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que se demoran varias horas. Ninguna de estas pruebas puede cuantificar la cantidad de virus presente con gran exactitud incluso las pruebas de PCR, estándar de oro, pueden tener tasas de falsos negativos de más del 25%.

Por el contrario, el análisis del equipo muestra que la nueva prueba podría tener tasas de falsos negativos por debajo del 1%. La prueba también podría ser lo suficientemente sensible como para detectar solo unos pocos cientos de hebras del ARN viral, en solo un segundo. El nuevo método hace uso de defectos a escala atómica en pequeños trozos de diamante, conocidos como centros de vacantes de nitrógeno (VN). Estos pequeños defectos son extremadamente sensibles a pequeñas perturbaciones, gracias a los efectos cuánticos que suceden en la red cristalina del diamante y que están en investigación para una amplia variedad de dispositivos de detección que requieren una alta sensibilidad.

El nuevo método implicaría recubrir los nanodiamantes que contienen estos centros VN con un material que está acoplado magnéticamente a ellos y ha sido tratado para que se una solo con la secuencia de ARN específica del virus. Cuando el ARN del virus está presente y se une a este material, interrumpe la conexión magnética y provoca cambios en la fluorescencia del diamante que se detectan fácilmente con un sensor óptico basado en láser.

Según los investigadores, el sensor utiliza solo materiales de bajo costo (los diamantes involucrados son más pequeños que las motas de polvo), y los dispositivos se podrían ampliar para analizar un lote completo de muestras a la vez. El recubrimiento a base de gadolinio con sus moléculas orgánicas sintonizadas con ARN se puede producir utilizando procesos y materiales químicos comunes y los láseres utilizados para leer los resultados son comparables a los punteros láser verdes comerciales baratos y ampliamente disponibles.

Si bien este trabajo inicial se basó en simulaciones matemáticas detalladas que demostraron que el sistema puede funcionar en principio, el equipo continúa trabajando para traducir eso en un dispositivo funcional a escala de laboratorio para confirmar las predicciones. Su plan es primero hacer una prueba de laboratorio básica, de prueba de principio, y luego trabajar en formas de optimizar el sistema para que funcione en aplicaciones de diagnóstico de virus reales. El proceso multidisciplinario requiere una combinación de experiencia en física e ingeniería cuántica, para producir los propios detectores, y en química y biología, para desarrollar las moléculas que se unen con el ARN viral y encontrar formas de unirlas a las superficies de los diamantes.

Incluso si surgen complicaciones al traducir el análisis teórico en un dispositivo que funcione, los investigadores creen que hay un margen tan grande de menos casos de falsos negativos, que se predice a partir de este trabajo, que probablemente seguirán teniendo una gran ventaja sobre las pruebas de PCR estándar en ese sentido. E incluso, si la precisión fuera la misma, este método aún tendría una gran ventaja al producir sus resultados en cuestión de minutos, en lugar de requerir varias horas. Según los investigadores, el método básico se puede adaptar a cualquier virus, incluidos los nuevos que puedan surgir, simplemente adaptando los compuestos que están unidos a los sensores de nanodiamantes para que coincidan con el material genérico del virus objetivo específico.

“El método propuesto es atractivo tanto por su generalidad como por su simplicidad tecnológica”, dijo David Glenn, científico investigador senior de Quantum Diamond Technologies Inc., que no estuvo asociado con este trabajo. “En particular, la técnica de detección sensible y totalmente óptica que se describe aquí requiere una instrumentación mínima en comparación con otros métodos que emplean centros de vacantes de nitrógeno”.

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Instituto de Tecnología de Massachusetts