Créditos de las imagenes: Technion.
Investigadores de Israel han desarrollado una prueba de coronavirus rápida y precisa que evita los errores de PCR.
Los científicos han desarrollado un método novedoso para la detección rápida y precisa del coronavirus sin la necesidad de depender de la amplificación por PCR.
La nueva técnica puede identificar la presencia de SARS-CoV-2 en una muestra contando y cuantificando las moléculas de ARN del virus con precisión de una sola molécula.
La detección no está sesgada por errores de amplificación por PCR, lo que permite el desarrollo futuro de una técnica de diagnóstico clínico más precisa.
La investigación, que se publicó en ACS Nano, fue dirigida por el profesor Amit Meller.
La prueba RT-qPCR, la prueba más utilizada para COVID-19 en la actualidad, implica una serie de etapas preparatorias?
Prueba de coronavirus paso 1
Estas incluyen recolectar la muestra de un paciente con un hisopo, “abrir” el virus y extraer el ARN de él.
Prueba de coronavirus paso 2
En la siguiente etapa, llamada transcripción inversa (RT), las secuencias de ARN «diana» específicas se copian en la forma de ADN.
Prueba de coronavirus paso 3
Finalmente, este ADN se amplifica mediante una reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
Prueba de coronavirus paso 4
Se hacen millones de copias para que haya suficiente ADN presente para ser detectado, lo que finalmente conduce a un diagnóstico de COVID-19.
Las pruebas de RT-qPCR requieren grandes cantidades de reactivos especiales, costosos equipos de laboratorio y profesionales altamente capacitados. Además, estudios recientes han demostrado que los resultados de las pruebas pueden cambiar de un día para otro y que el proceso de amplificación masiva puede generar errores importantes.
Por estas razones, se están realizando esfuerzos en todo el mundo para desarrollar pruebas más rápidas precisas. Esta tarea es particularmente desafiante en los casos en que la «carga viral» (la cantidad de ARN viral) en una muestra es baja y puede evadir la detección.
El nuevo método presentado por el grupo de investigación del profesor Meller se basa en tecnologías originales que el laboratorio ha desarrollado en las últimas dos décadas, utilizando orificios nanofabricados (los llamados «nanoporos»). Con estos se logra detectar moléculas biológicas individuales.
La eficacia de esta tecnología ya se ha demostrado en una serie de otros usos biomédicos.
Los diagnósticos moleculares convencionales, requieren grandes volúmenes de muestras que contienen millones de copias de la misma molécula. Pero la detección de nanoporos analiza moléculas biológicas individuales de muestras mucho más pequeñas.
Se utiliza un campo eléctrico fuerte para desplegar y pasar moléculas de ADN individuales a través del orificio nanoscópico que contiene sensores eléctricos u ópticos.
Cada molécula que pasa a través del orificio proporciona una “firma” característica, que permite la identificación y el recuento inmediato de las moléculas. Este enfoque abre la posibilidad de miniaturizar los sistemas de diagnóstico al tiempo que mejora la precisión y confiabilidad de las pruebas y amplía los casos en los que la amplificación de la PCR no es eficiente o perjudica la confiabilidad de la prueba.
El artículo publicado recientemente presenta dos aplicaciones de este método: identificar moléculas de ARN que señalan la aparición de cáncer metastásico y detectar ARN de coronavirus.
Para permitir una detección inequívoca, los investigadores desarrollaron un proceso que deja intactas solo las moléculas «objetivo» relevantes, mientras degrada todas las demás. En la primera aplicación, los investigadores demostraron el potencial del método para la detección temprana del cáncer metastásico al cuantificar los niveles de MACC1, uno de los genes primarios que se sabe que indica la formación de un estado metastásico.
Gracias a su alto grado de sensibilidad, la nueva técnica cuantificó con éxito la expresión del gen en células cancerosas en las primeras etapas de la enfermedad (conocidas como etapas I y II), un desafío que las tecnologías basadas en PCR no lograron cumplir.
No hace falta decir que cuanto antes se descubran estos biomarcadores genéticos, mayores serán las posibilidades de éxito del tratamiento.
En la segunda aplicación, los investigadores detectaron las moléculas de ARN del virus SARS-CoV-2 utilizando el mismo enfoque. La técnica presentada en el artículo no es la primera en analizar moléculas individuales. Sin embargo, a diferencia de informes anteriores, evita los procesos en el tratamiento de la muestra que introducen «ruido» y errores en el sistema.
Dos de estos procesos son la purificación de muestras, en la que muchas moléculas diana se pierden inadvertidamente, y la amplificación del ADN, que puede provocar errores y diagnósticos defectuosos.
Según el profesor Meller, “nuestro sistema permite la detección cuantificable de los niveles de expresión genética del ARN utilizando un dispositivo nanosensor relativamente simple, sin necesidad de limpiar la muestra y sin necesidad de procesos de amplificación masiva que puedan dañar la sensibilidad y confiabilidad de la prueba.
Hemos demostrado que nuestra tecnología preserva el nivel de expresión genética de las moléculas de ARN originales durante todo el proceso.
De esta manera, obtenemos un método de análisis más preciso, que es fundamental en los dos contextos estudiados: los biomarcadores de ARN del cáncer metastásico y el virus SARS-CoV-2”.
El reciente artículo de ACS Nano es un hito importante para el grupo de investigación, pero definitivamente no es el final del camino. Con más trabajo, se espera que el sistema de detección de nanoporos se convierta en un dispositivo portátil que hará innecesario el engorroso equipo de laboratorio. La investigación tecnológica y clínica continúa en la Facultad de Ingeniería Biomédica de Technion, en colaboración con el BioBank en el Rambam Health Care Campus.
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