Desarrollada la primera prueba rápida para la viruela del simio

Jul 20, 2023

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La primera prueba rápida para mpox, más comúnmente conocida como viruela del simio, fue desarrollada por un equipo de investigadores dirigido por Penn State. El sensor molecular selectivo puede detectar el virus en cuestión de minutos, sin el uso de técnicas instrumentales de alta gama como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Las pruebas actuales requieren que los proveedores de atención médica tomen muestras de las lesiones y envíen las muestras a los laboratorios para ser analizadas, lo que puede llevar varios días.

La técnica, que se publicó recientemente en la revista Advanced Functional Materials, utiliza heteroestructuras de nanomateriales (nanopartículas de oro esféricas de dimensión cero y nanoplaquetas de disulfuro de hafnio bidimensionales) como componentes básicos para crear una plataforma tecnológica adecuada para detectar trazas de materiales genéticos en organismos biológicos. muestras.

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"Este es un gran avance en términos de cómo manejamos el virus, ya que es la primera prueba rápida para mpox", dijo Dipanjan Pan, profesor de Nanomedicina Dorothy Foehr Huck y J. Lloyd Huck de Penn State, quien dirigió el estudio. "Si bien el número de casos actuales es relativamente bajo, a medida que el clima se calienta y la gente se vuelve más activa, los casos podrían aumentar como lo hicieron el verano pasado".

"Pero también es importante señalar que esta nueva tecnología puede ayudarnos a prepararnos para la próxima epidemia o incluso pandemia", dijo Pan, que también es profesor de ingeniería nuclear y de ciencia e ingeniería de materiales. "Con una ligera modificación de las moléculas utilizadas para seleccionar las secuencias genéticas, podremos detectar específicamente otros virus, bacterias u hongos utilizando el mismo método".

El primer caso humano de mpox se remonta a la década de 1970 y se identificó en la República Democrática del Congo y se consideró endémico sólo en Nigeria y algunas partes de África central y occidental. Desde mayo de 2022, el virus se ha extendido a más de 100 países y ha causado más de 86.900 infecciones en todo el mundo, con aproximadamente un tercio de los casos globales concentrados en Estados Unidos.

El virus Mpox se transmite principalmente a través del contacto físico cercano y causa una enfermedad con síntomas similares a la viruela, aunque menos graves. Un creciente conjunto de investigaciones de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades muestra que las personas pueden transmitir el virus mpox a otras personas días antes de que aparezcan los síntomas, lo que hace que la detección temprana mediante pruebas sea una herramienta fundamental para mitigar la propagación.

Actualmente, las terapias y las vacunas de dos dosis siguen siendo insuficientes para detener el contagio, lo que deja el diagnóstico rápido como la única opción para contener la enfermedad, explicó Pan. La PCR es la única prueba disponible aprobada por la FDA conocida para mpox, a pesar de sus limitaciones de recolección y transporte de muestras complejas y acceso insuficiente a instalaciones instrumentales avanzadas. Una prueba rápida, que requiere sólo una pequeña muestra de hisopo de la lesión y un corto tiempo de espera para obtener los resultados, podría reducir drásticamente la tasa de transmisión del virus, añadió.

"Estábamos interesados ​​en desarrollar un método de detección sensible para patógenos en general, y también queríamos aplicar el concepto a un patógeno emergente como mpox, porque existe una urgencia en el mundo real para esta prueba rápida de ácido nucleico", dijo Pan. "Habrá un impacto significativo en la salud pública como resultado de esta tecnología".

La tecnología emplea nanopartículas “plasmónicas”, pequeñas partículas metálicas con propiedades ópticas únicas debido a su tamaño y forma. En este caso, la partícula metálica a nanoescala es oro, que se refina a una escala tan pequeña que se considera de dimensión cero. Está recubierto de disulfuro de hafnio, un compuesto inorgánico bidimensional de hafnio y azufre que tiene sólo unos pocos átomos de espesor.

"Existen muchas pruebas plasmónicas para patógenos", dijo Pan. "Pero esta es la primera vez que demostramos que una partícula plasmónica de dimensión cero y nanoplaquetas bidimensionales forman una heteroestructura que conduce a la mejora del plasmón, lo que a su vez ofrece una mejora en la sensibilidad".

La nanopartícula de oro de dimensión cero y el sulfuro de hafnio bidimensional interactúan para formar heteroestructuras que funcionan como sensores de alta precisión, con propiedades ópticas que cambian dramáticamente en presencia de desencadenantes externos, como el material genético.

"Nuestro trabajo se ocupa de la plasmónica, que es la manipulación del flujo de luz utilizando materiales metálicos nanoestructurados", dijo Pan. "Mediante el uso de nuevos materiales y química, intentamos comprender cómo se manipulan estas propiedades de los plasmones para responder a diversas señales biológicas".

En este caso, la señal procedía de trazas de ADN viral, específicamente la región conservada del genoma del virus mpox que no está sujeta a mutaciones. Las nanopartículas se han utilizado en el pasado para observar cambios en los sistemas biológicos, dijo Pan, pero esta es la primera vez que se utilizan dos objetos a nanoescala en dos dimensiones diferentes para detectar un patógeno emergente.

"Esta técnica no requiere equipos costosos ni personal capacitado, y puede adaptarse a mutaciones futuras o patógenos emergentes", dijo Pan.

Explicó que su laboratorio ahora está probando el sistema contra un panel de otros patógenos para confirmar su amplia aplicabilidad para la detección viral. Una vez que la prueba esté validada clínicamente, el laboratorio buscará socios comerciales que trabajen con ellos para llevar la tecnología al mercado, añadió Pan.

"Los científicos se esfuerzan por ofrecer al público tecnologías avanzadas y de vanguardia que les permitan autodiagnosticarse o ser diagnosticados en el lugar de atención", dijo Pan. "Esto es lo que hemos hecho."

Referencia: Moitra P, Iftesum M, Skrodzki D, et al. Detección molecular del virus de la viruela del simio impulsada por nucleótidos mediante autoensamblaje jerárquico de nanoplaquetas de disulfuro de hafnio 2D y nanoesferas de oro. Materia de función avanzada. 2023:2212569. doi: 10.1002/adfm.202212569

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