El monitor de aire puede detectar variantes del virus COVID-19 en aproximadamente 5 minutos

Ahora que la fase de emergencia de la pandemia de COVID-19 ha terminado, los científicos están buscando formas de vigilar los ambientes interiores en tiempo real en busca de virus. Al combinar los avances recientes en la tecnología de muestreo de aerosoles y una técnica de biodetección ultrasensible, los investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han creado un monitor en tiempo real que puede detectar cualquiera de las variantes del virus SARS-CoV-2 en una habitación en aproximadamente 5 minutos.

El dispositivo económico de prueba de concepto podría usarse en hospitales e instalaciones de atención médica, escuelas y lugares públicos para ayudar a detectar CoV-2 y potencialmente monitorear otros aerosoles de virus respiratorios, como la influenza y el virus respiratorio sincitial (RSV). Los resultados de su trabajo en el monitor, que dicen es el detector más sensible disponible, se publican en Comunicaciones de la naturaleza.

El equipo interdisciplinario de investigadores de la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Medicina de McKelvey está formado por Rajan Chakrabarty, profesor asociado de desarrollo profesional Harold D. Jolley de ingeniería energética, ambiental y química en McKelvey Engineering; Joseph Puthussery, investigador postdoctoral asociado en el laboratorio de Chakrabarty; John Cirrito, profesor de neurología en la Facultad de Medicina; y Carla Yuede, profesora asociada de psiquiatría en la Facultad de Medicina.

«No hay nada en este momento que nos diga qué tan segura es una habitación», dijo Cirrito. «Si estás en una habitación con 100 personas, no querrás saber cinco días después si podrías estar enfermo o no. La idea con este dispositivo es que puedas saber esencialmente en tiempo real, o cada 5 minutos, si hay un virus vivo».

Cirrito y Yuede habían desarrollado previamente un biosensor de microinmunoelectrodo (MIE) que detecta beta amiloide como biomarcador de la enfermedad de Alzheimer y se preguntaban si podría convertirse en un detector de SARS-CoV-2. Se comunicaron con Chakrabarty, quien reunió un equipo que incluía a Puthussery, que tenía experiencia en la construcción de instrumentos en tiempo real para medir la toxicidad del aire.

Para convertir el biosensor de detección de beta amiloide a coronavirus, los investigadores intercambiaron el anticuerpo que reconoce beta amiloide por un nanocuerpo de llamas que reconoce la proteína de punta del virus SARS-CoV-2. David Brody, MD, Ph.D., ex miembro de la facultad en el Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina y autor del artículo, desarrolló el nanocuerpo en su laboratorio en los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El nanocuerpo es pequeño, fácil de reproducir y modificar y económico de fabricar, dijeron los investigadores.

«El enfoque electroquímico basado en nanocuerpos es más rápido para detectar el virus porque no necesita un reactivo ni muchos pasos de procesamiento», dijo Yuede. «El SARS-CoV-2 se une a los nanocuerpos en la superficie y podemos inducir la oxidación de tirosinas en la superficie del virus usando una técnica llamada voltamperometría de onda cuadrada para medir la cantidad de virus en la muestra».

Chakrabarty y Puthussery integraron el biosensor en un muestreador de aire que funciona según la tecnología de ciclones húmedos. El aire ingresa al muestreador a velocidades muy altas y se mezcla centrífugamente con el fluido que recubre las paredes del muestreador para crear un vórtice superficial, atrapando así los aerosoles de virus. El muestreador de ciclón húmedo tiene una bomba automatizada que recolecta el fluido y lo envía al biosensor para una detección perfecta del virus mediante electroquímica.

«El desafío con los detectores de aerosoles en el aire es que el nivel de virus en el aire interior está tan diluido que incluso llega al límite de detección de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y es como encontrar una aguja en un pajar», dijo Chakrabarty. «La alta recuperación de virus por el ciclón húmedo se puede atribuir a su velocidad de flujo extremadamente alta, lo que le permite muestrear un mayor volumen de aire en una recolección de muestras de 5 minutos en comparación con los muestreadores disponibles comercialmente».

La mayoría de los muestreadores de bioaerosol comerciales funcionan con caudales relativamente bajos, dijo Puthussery, mientras que el monitor del equipo tiene un caudal de alrededor de 1.000 litros por minuto, lo que lo convierte en uno de los dispositivos de mayor caudal disponibles. También es compacto, mide aproximadamente 1 pie de ancho y 10 pulgadas de alto y se enciende cuando se detecta un virus, lo que alerta a los administradores para que aumenten el flujo de aire o la circulación en la habitación.

El equipo probó el monitor en los apartamentos de dos pacientes con COVID-positivo. Los resultados de la PCR en tiempo real de las muestras de aire de los dormitorios se compararon con las muestras de aire recolectadas de una sala de control libre de virus. Los dispositivos detectaron ARN del virus en las muestras de aire de los dormitorios, pero no detectaron nada en las muestras de aire de control.

En experimentos de laboratorio que aerosolizaron SARS-CoV-2 en una cámara del tamaño de una habitación, el ciclón húmedo y el biosensor pudieron detectar niveles variables de concentraciones de virus en el aire después de solo unos minutos de muestreo.

“Estamos comenzando con el SARS-CoV-2, pero hay planes para medir también la influenza, el RSV, el rinovirus y otros patógenos principales que infectan a las personas de manera rutinaria”, dijo Cirrito. «En un entorno hospitalario, el monitor podría usarse para medir la presencia de estafilococos o estreptococos, que causan todo tipo de complicaciones a los pacientes. Esto realmente podría tener un gran impacto en la salud de las personas».

El equipo está trabajando para comercializar el monitor de calidad del aire.