Prueba CRISPR en un solo tubo detecta patógenos y variantes genéticas en 30 minutos

La detección rápida y precisa de agentes infecciosos y variantes de un solo nucleótido sigue siendo difícil de lograr fuera de los laboratorios centralizados. Aunque los flujos de trabajo de ácidos nucleicos de varios pasos son sensibles, a menudo requieren una sincronización precisa y equipos especializados, lo que limita su uso en hogares o entornos con recursos limitados. Como resultado, cerrar la brecha entre las pruebas rápidas de antígeno y el diagnóstico de laboratorio sigue siendo una prioridad importante para la vigilancia y el cribado genético. Nuevos hallazgos demuestran ahora un enfoque de un solo tubo diseñado para ofrecer resultados de alta sensibilidad en unos 30 minutos.

La Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha desarrollado una plataforma de “un solo tubo” llamada TEMPO, siglas en inglés de "Programación Molecular Codificada Termodinámicamente para Diagnósticos en un Solo Recipiente". Creado junto con investigadores de la Universidad China de Hong Kong (CUHK), el sistema está diseñado para condensar la amplificación de ácidos nucleicos y la detección basada en CRISPR en un único tubo de reacción, manteniendo al mismo tiempo un rendimiento comparable al de laboratorio. Según HKUST, el enfoque pretende simplificar las pruebas de alta sensibilidad para entornos que van desde clínicas hasta hogares.

TEMPO utiliza un par de cebadores de ADN diseñados termodinámicamente para imponer la secuencia correcta de la reacción. Un cebador “prístino” inicia de manera eficiente la amplificación del objetivo, mientras que un cebador asociado presenta un desajuste deliberado que retrasa su incorporación hasta que se alcanza un umbral termodinámico definido. En ese punto, el segundo cebador instala un sitio de motivo adyacente al protoespaciador (PAM) que activa una enzima CRISPR programable, produciendo una lectura rápida y amplificada; el comportamiento se recogió en un modelo de ecuaciones diferenciales ordinarias que predice una activación dependiente del umbral.

En las evaluaciones, la plataforma alcanzó una sensibilidad attomolar (1 aM) en un flujo de trabajo de un solo paso, de aproximadamente 30 minutos. El equipo informó una concordancia total con la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en muestras simuladas de VIH y una validación en especímenes clínicos de Influenza A y SARS-CoV-2. Una implementación en chip microfluídico de un solo paso analizó 20 muestras genómicas humanas para tres variantes de un solo nucleótido clínicamente relevantes, con resultados totalmente consistentes con la secuenciación de ADN.

El estudio fue publicado en Nature Communications. Según HKUST, TEMPO ha demostrado aplicaciones en la detección de influenza, COVID-19 y VIH, y también podría configurarse para el cribado rápido de afecciones hereditarias. 

Los investigadores planean ampliar los paneles de objetivos, desarrollar un dispositivo integrado de la muestra a la respuesta en el próximo año y explorar usos como las pruebas en el hogar para infecciones de transmisión sexual, diagnósticos rápidos para bacterias multirresistentes y el genotipado de trastornos como la talasemia y de afecciones cubiertas por el cribado neonatal. Su objetivo final es una plataforma de pruebas de ácidos nucleicos para el hogar que ofrezca mayor sensibilidad y especificidad que las pruebas rápidas de antígeno, manteniendo la facilidad de uso.

“Las pruebas convencionales de ácidos nucleicos en el laboratorio implican varios pasos, entre ellos amplificar cantidades traza del material genético de un patógeno, identificar secuencias diana y generar una señal legible. Una prueba de 'un solo tubo' integra todos estos procesos en un único tubo de reacción. El mayor desafío consiste en garantizar que cada paso tenga lugar en la secuencia correcta”, afirmó el profesor Hsing I-Ming, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.

“Al basarse en ADN químicamente estable, este proceso no requiere almacenamiento en cadena de frío ni manipulación compleja. Además, los resultados ultrasensibles de ácidos nucleicos se entregan en un solo tubo, eliminando la necesidad de instrumentos voluminosos. Por lo tanto, TEMPO está bien adaptado para clínicas, aeropuertos, hogares y entornos remotos. Este avance supera un gran obstáculo en el camino hacia pruebas fiables en el hogar y en el punto de atención”, añadió el profesor Hsing.

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