Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Soluții IMT București pe frontul COVID-19

20 Aprilie 2021



La scurt timp de la debutul pandemiei, comunitatea de cercetare-dezvoltare și inovare din România s-a mobilizat pentru a oferi soluții în lupta impotriva COVID-19. Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie - IMT București a participat la competițiile dedicate lansate în 2020 de UEFISCDI, două dintre proiectele câștigate fiind într-un stadiu avansat de realizare, cu rezultate promițătoare.

„Tehnici avansate şi creșterea performanței în detecția precoce a virusului SARS-CoV-2”
În ultimile două decenii s-a observat că bolile infecţioase cu răspândire rapidă şi incidență (număr de cazuri noi într-o populaţie) crescută se transformă rapid din epidemie în pandemie. Potrivit Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), boli vechi precum holera, ciuma și febra galbenă au revenit, în timp ce au apărut altele noi – Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS), Middle East Respiratory Syndrome (MERS), boala virală Zika și acum noua Covid-19, produsă de coronavirus SARS-CoV-2. În prezent, diagnosticul de laborator este posibil prin testarea în centre medicale specializate a prezenței ARN viral specific SARS-CoV-2 prin tehnica RT-qPCR din probe de ARN extras din exudat nazofaringian. Testarea prin RT-qPCR are o sensibilitate mare, dar este însă laborioasă. În acest context, dezvoltarea unor sisteme de detecție rapidă precisă și la domiciliu a virusului a devenit prioritară.
Scopul proiectului „Tehnici avansate şi creșterea performantei în detecția precoce a virusului SARS-CoV-2“ - abordat de către o echipă interdisciplinară de cercetători şi clinicieni din cadrul IMT, Universitatea București şi Spitalul Universitar de Urgenţă București - este obținerea și validarea unor kituri de detectare precoce a virusului SARS-CoV-2 prin teste rapide, fiabile și ieftine de tip Point Of Care Testing (POCT), dar mai ales în dezvoltarea unor tehnologii şi a unei platforme care să poată fi accesate rapid şi adaptate unor epidemii sau pandemii cauzate de alți agenți infecțioși.
Proiectul abordează dezvoltarea a două variante de test, pentru testarea probelor fie individual, fie în grupuri mari. Prima variantă are în vedere testarea la domiciliu, din probe de salivă. Testarea la domiciliu are avantajul că persoana care dorește să fie testată nu mai trebuie să se deplaseze până la punctele de testare, evitând astfel contactul cu alte persoane și diminuând rata de contaminare (posibilitatea ca persoana testată să transmită sau să capteze virusul). În acest caz, testarea din probă de salivă este dezirabilă întrucât nu necesită personal specializat pentru recoltarea probei. A doua variantă de testare urmărește facilitarea testării în comunitate, de ex. la punctele de frontieră, în școli sau în instituții, prin testarea probelor multiple în paralel.
În laboratoarele IMT București s-a urmărit amplificarea RT-LAMP a țintelor ARN viral, fiind o alternativă rapidă a RT-qPCR, care promite o sensibilitate ridicată a detecției. RT-qPCR este folosită ca standardul de validare a RT-LAMP. Ca urmare, procesul tehnologic are ca scop: (i) optimizarea protocoalelor de extracție ARN și testare RT-qPCR, (ii) optimizarea reacției RT-LAMP (real time Loop-Mediated Isothermal Amplification) pentru detecția ARN viral din extracție ARN, cât și direct din salivă, (iii) dezvoltarea unui dispozitiv microfluidic care să încorporeze reacția RT-LAMP pentru kitul de diagnostic. Pentru o citire facilă în dispozitivul microfluidic am ales optimizarea reacției RT-LAMP cu citire colorimetrică în spectrul vizibil (rezultate ilustrate în imaginea de mai jos). Atunci când ARN-ul viral de interes este prezent, reacția are loc cu eliberare de protoni, determinând o schimbare a pH-ului soluției, însoțită de schimbarea culorii amestecului de reacție.
Prototipul realizat de către echipele implicate constă într-un dispozitiv microfluidic de testare a prezenței ARN viral specific SARS-CoV-2. Dispozitivul încorporează o reacție RT-LAMP de amplificare a genelor virale N și E. Principalul avantaj al încorporării reacției RT-LAMP într-un dispozitiv de testare este că aceasta are loc la o temperatură constantă (65°C), deci nu necesită aparatură specială de laborator care să genereze termocicluri multiple de alternare a temperaturii, ca în cazul reacțiilor PCR. În plus, sistemul microfluidic și dimensiunile dispozitivului permit manevrarea unor cantități mici de reactivi, urmând un protocol mai puțin laborios decât cel presupus de testarea prin RT-qPCR.
Kitul creează un element de siguranță şi are impact medical pe două direcții importante: testarea la domiciliu şi testarea periodică a personalului din variate instituții publice. Ca urmare, se simplifică foarte mult sistemul de testare pentru SARS-CoV2. Pacienții pot colecta proba şi testa ușor la domiciliu şi fără ajutor specializat. Prin introducerea testării în instituții, la frontieră se pot lua măsuri imediate şi deci incidența bolii poate fi controlată. Impactul pozitiv asupra populației va fi consolidat de faptul că aceste kituri de testare produse în România vor fi accesibile. În ultimă instanță, impactul economic este substanțial. Această combinație cost-eficiență va favoriza desfășurarea normală, în siguranța, prin testări săptămânale a populației.

„Abordări inovative în tratamentul și controlul pacienților infectați cu virusul SARS-CoV-2”
Proiectul a fost câștigat în cadrul competiției „Soluții - 1” din 2020 și este finanțat de Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).
Scopul proiectului este implementarea unei tehnici alternative de detecție moleculară a virusului, folosind dispozitive miniaturizate, care sunt portabile, nu necesită personal de specialitate pentru manipulare și interpretarea rezultatelor, permițând diagnosticarea în câteva minute.
Cercetările sunt desfășurate în cadrul unui consorțiu format din 5 instituții: Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Microtehnologie - IMT București, coordonator, Spitalul de boli infecțioase „Sf. Parascheva” Iași (SBI), Centrul de Cercetare al Universității de Medicină și Farmacie „Grigore T. Popa” Iași (CEMEX), Spitalul de Pneumoftiziologie Iași (SP) și DDS Diagnostic S.R.L. București (DDS). Cele cinci entităţi asigură complementaritatea de expertiză necesară pentru implementarea cu succes a proiectului.
IMT București, cu o experiență de peste 20 ani în dezvoltarea sistemelor microfluidice cu aplicații medicale, dezvoltă dispozitivele microfluidice pentru detecția virusului SARS-CoV-2 din probe de exsudat laringo-faringian și implementează metode moleculare de diagnostic COVID – 19. SBI efectuează studiile clinice în vederea dezvoltării unei scheme de tratament COVID-19, studiile observaționale prospective pentru evaluarea factorilor de risc, managementul clinic și rezultatele pacienților spitalizați cu infecții grave cauzate de SARS-CoV-2. CEMEX realizează testele de laborator pentru stabilirea diagnosticului infecțiilor utilizând metode standardizate, dezvoltarea unor protocoale pentru detecția virusului SARS-CoV-2 și interpretarea datelor obținute. SP stabilește diagnosticul privind impactul virusului SARS-CoV-2 asupra căilor respiratorii și creează o bază de date privind controlul și managementul pacienților cu patologii respiratorii. Rolul DDS, căreia îi va fi transferată tehnologia de realizare a dispozitivelor microfluidice, este acela de a iniția demersurile pentru autorizarea de punere pe piață și inițierea demersurilor pentru autorizarea unui raport de Evaluare a Tehnologiilor Medicale. Compania are expertiza necesară dezvoltării și punerii pe piață a noi dispozitive medicale de diagnostic, cele mai noi produse din portofoliu fiind testele rapide de diagnostic pentru Antigen SARS-CoV-2, Anticorpi SARS-CoV-2 și test COMBO: Antigen SARS-CoV-2 versus Gripă.
Tehnica actuală utilizată pentru detecția virusului SARS-CoV-2 este transcrierea inversă cuplată cu reacția de polimerizare în lanț în timp real (RT-PCR). Procedura de testare include etape care implică echipamente de laborator sofisticate și personal special instruit, procesul de analiză fiind unul laborios, realizat numai de către laboratoare de specialitate. Timpul necesar obținerii rezultatelor poate fi, după caz, de la 1 la 3 zile.



În cadrul proiectului dezvoltăm în paralel trei dispozitive microfluidice pentru detecția SARS-CoV-2. Primul dispozitiv este o miniaturizare a echipamentelor de transcriere inversă și reacție de polimerizare în lanț (RT-PCR), numit PCR nanoplasmonic (Foto 2), al doilea este un dispozitiv nanoplasmonic cu amplificarea izotermă mediată în buclă (LAMP), ambele cu detecție electrochimică a catenelor ADN, iar al treilea este un tranzistor cu efect de câmp pe bază de grafenă nanocristalină decorată cu nanoparticule de aur pentru mărirea sensibilității, funcționalizată specific pentru detecția virusului SARS-CoV-2 din exsudat laringo-faringian prin țintirea unei proteine mai înalt conservate decât proteina spike care este puternic mutagenă. Dispozitivele microfluidice de tip PCR sunt compuse din trei module: (1) sticlă cu suprafața nanostructurată și decorată cu nanoparticule de aur pentru încălzirea foto-termică prin efect plasmonic; (2) copierea și amplificarea ADN-ului și transportul fluidelor; (3) detecție electrochimică. Pentru PCR nanoplasmonic sunt necesare 25 de cicluri de încălzire și răcire, cu o trecere de la 98-60oC pentru fiecare ciclu, cu un timp total de 4 minute. Dispozitivul LAMP nanoplasmonic folosește același principiu de încălzire foto-termică, dar la temperatură constantă de 65oC.

Tranzistorul cu efect de câmp pe bază de grafenă nanocristalină (GFET) este un biosenzor electric foarte sensibil, compus dintr-un electrod sursă, un electrod drenă, o poartă față și alta spate. GFET (Foto 3) are un canal subțire de grafenă nanocristalină decorată cu nanoparticule de aur, ceea ce îi conferă o sensibilitate mult mai mare. De exemplu, poate detecta molecule individuale care se desprind sau se atașează de o suprafață.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite