Detectar el covid por menos de 5 $

En cuatro minutos, con un coste de menos de cinco dólares (que puede reducirse aún más en las cadenas de producción industrial), con una fiabilidad superior al 90%, capaz de detectar casos que con otros sistemas en el mercado han dado negativo, que no se altera en condiciones ambientales normalizadas y que puede ser producido a nivel industrial sin problemas y con todas las garantías. Es Rapid 1.0, s un biosensor capaz de detectar los contagios de covid desde los primeros días. Sobre todo, un detector con uno de los índices de fiabilidad más altos del mercado y capaz de producirse a bajo coste. Que en apenas 4 minutos tras la prueba discrimina qué personas se han contagiado de covid.

El prototipo ha sido desarrollado por el grupo de Biología Computacional y los departamentos de Psiquiatría y Microbiología del Instituto de Biomedicina Informática de la Universidad de Pensilvania, que dirige el biotecnólogo César de la Fuente. Junto con los departamentos de Bioingeniería e Ingeniería Química y Biomolecular, el Instituto Penn de Ciencias Computacionales y el Laboratorio de Sensores Químicos Portátiles de Química Analítica de la Universidad Campinas.

Un grupo de científicos que ha desarrollado el biosensor de bajo precio para la detección rápida del SARS-Cov-2 en el punto de atención. Los investigadores pusieron el foco en este sistema, en esencia una mascarilla con biomarcadores que detectan la presencia del virus en pocos minutos a través de la saliva, por la evidencia de que pese a los millones de víctimas de la pandemia la mayoría de los métodos actuales de diagnóstico siguen siendo limitados, caros, requieren la intervención de laboratorio y necesitan tiempo para dar sus resultados.

«Rapid 1.0 es rápido, fiable, económico y escalable industrialmente; es sencillo y portátil, se basa en un sistema electroquímico y en cuatro minutos puede ofrecer un diagnóstico con un alto porcentaje de acierto», explica De la Fuente, que se graduó en la primera promoción de Biotecnología de la Universidad de León y comenzó en el Campus de Vegazana una brillante trayectoria investigadora que ha sido, a pesar de su juventud, múltiples veces premiada.

El equipo de investigadores ha calculado el coste de producción de esta mascarilla en 4,67 dólares, «y podría reducirse aún más con los procesos industriales adecuados, porque la tecnología es altamente escalable».

Los resultados se muestran además en 4 minutos, «es mucho más rápido que los métodos que se utilizan actualmente, y tiene un alto nivel de precisión. Permite además detectar los positivos en las primeras etapas de contagio; incluso detecta los casos que otros métodos han diagnosticado como negativos».

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Urgencia de la pandemia

Los científicos que han participado en este desarrollo señalan que el SARS-CoV.2, el virus que causa el covid-19, «ha matado a más de tres millones de personas en todo el mundo. Pero a pesar de la urgencia de la pandemia actual, la mayoría de los métodos de diagnóstico disponibles para el covid utilizan RT-PCR para detectar secuencias de ácido nucleico específicas del virus. Son pruebas limitadas, que requieren laboratorio y tienen un alto coste por los reactivos; además de varios pasos para las pruebas; y tienen riesgo de contaminación cruzada. Además, los resultados suelen tardar varias horas, incluso días, en estar disponibles».

Ante esta situación, y las dificultades para controlar la pandemia, De la Fuente explica que «son necesarias herramientas rápidas, que puedan ser utilizadas en el punto de atención a los pacientes, y que sean fiables, económicos para que pueda acceder a ellos la mayor parte de la población y escalables, para ser fabricados en cantidades suficientes como para que sean económicos y accesibles».

Rapid 1.0 es «un sencillo, portátil y muy sensible biosensor miniaturizado, modificado con un receptor que puede detectar el virus en cuatro minutos utilizando una muestra de saliva». Utiliza un sistema electroquímico con eficacia que va del 85 al 100%, según los casos.

El biotecnólogo lamenta que los métodos de diagnóstico disponibles actualmente obstaculizan su uso generalizado, por lo que se necesitan «con urgencia» herramientas rápidas y accesibles. Y también baratas.

El prototipo que han desarrollado es de detección impedimétrica portátil precisa en tiempo real, y consiste en transformar información bioquímica de un evento de unión molecular específico entre el SARS-CoV-2 y picos de proteína en una señal eléctrica «que puede detectarse fácilmente. Rapid 1.0 utiliza espectroscopia de impedancia electroquímica, una técnica ampliamente utilizada para la caracterización de funcionalidades en superficies de electrodos y su traducción a biosensores».

El mecanismo informa la interacción entre el receptor biológico inmovilizado en la superficie del electrodo y la proteína de pico (una de las características biológicas dominantes del coronavirus), lo que provoca un cambio electroquímico detectable. «La selectividad de un biosensor como el que utilizamos se basa principalmente en la especificidad entre el objetivo y el bioelemento de reconocimiento inmovilizado en la superficie del electrodo, y su robustez a través de las superficies de arquitectura diseñadas para minimizar la unión no específica de otras biomoléculas en solución».

El dispositivo electroquímico diseñado explora la «notable afinidad de la unión de la proteína de pico del SARS y su receptor en el cuerpo humano». En el electrodo tiene lugar la reacción química y se convierte en una señal detectable, que se funcionalizó mediante un método de fundición por goza. Se utilizó el reticulante químico bifuncional glutaraldehído, que reacciona principalmente con los grupos amino primarios de las proteínas.

Además, el equipo utilizó albúmina de suero bovino para bloquear la superficie del electrodo, es una proteína «funcionalmente inerte, con una alta densidad de residuos de lisina superficiales, que se utiliza comúmente para el desarrollo de biosensores.

Mínimo equipo

Los investigadores destacan en el trabajo publicado en la revista Matter que la prueba con su biosensor «puede realizarse a temperatura ambiente con un mínimo equipo, y con reactivos cuyo coste total es de 4,67 dólares». El electrodo desnudo tiene un coste de 0,07 dólares, y otros 4.5 dólares son para funcionalizar el electrodo con el agente de reconocimiento; otros 0,1 para recubrir el electrodo. «El precio total de Rapid 1.0 puede reducirse aún más», señalan. Y añaden que «la tecnología es también altamente escalable, ya que puede producirse en masa mediante el uso de impresoras de pantalla disponibles en el mercado».

Según sus cálculos, un laboratorio puede producir 35.000 electrodos al día, más de un millón al mes. «Y esto podría aumentar a 10.500 millones de electrodos mensualmente con sólo 10.000 impresoras de pantalla». Unas estimaciones que han realizado «teniendo en cuenta tanto el tiempo necesario para imprimir los electrodos como toda la funcionalización», y que suponen cuatro horas de producción.

«Sin embargo, debe tenerse en cuenta que estos pasos pueden ser completamente automatizados en una línea de producción industrial, lo que reduciría drásticamente el tiempo de fabricación».

Resultados

Por lo que se refiere al tiempo de incubación (el tiempo en el que la muestra tiene que estar expuesta al biosensor para permitir la detección del virus), no necesitó centrifugación y «el uso de saliva pura produjo resultados similares a los obtenidos con muestras centrifugadas. Estos resultados muestran que el biosensor es robusto y puede usar directamente muestras humanas, como la saliva, sin un previo pretratamiento. Eso permite aplicar Rapid para una prueba preliminar simplificada y rápida para el diagnóstico».

De hecho, el resultado se ofrece en cuatro minutos: dos para incubación de la muestra y dos para realizar el análisis, «que es mucho más rápido que los métodos actualmente disponibles para diagnosticar covid».

Rapid ha mostrado una alta sensibilidad para una carga viral que se correlaciona con las etapas iniciales de contagio por covid, dos o tres días después del inicio de los síntomas. y tiene la ventaja de detectar síntomas y personas asintomáticas en las primeras etapas de la infección, «lo que permite una rápida toma de decisiones y la adopción de medidas apropiadas y efectivas».

Para comprobar la efectividad de los resultados objetidos con este biosensor en la detección del covid se realizaron tres experimentos diferentes. En el primero se llevaron a cabo 21 mediciones sucesivas utilizando el mismo dispositivo, que demostró que ofrece «una respuesta estable y repetible». Y se comprobó que los protocolos de fabricación y funcionalización permiten una alta reproducibilidad.

También se evaluó la estabilidad de Rapid a diferentes condiciones de temperatura de almacenamiento, con rangos de entre 25 y -20 grados centígrados, durante 10 días. Además se evaluó el rendimiento del biosensor utilizando SARS-CoV-2 positivo y negativo con muestras clínicas del Hospital de la Universidad de Pensilvania; incluida la variante británica del virus, «altamente contagiosa».

Más complejo

Además, «para evaluar la eficacia diagnóstica de Rapid en un entorno biológico más complejo, se probaron muestras de saliva de 50 pacientes en las mismas condiciones que se usaron para el hisopo NP/OP. Se sabe que la mayor complejidad de la saliva, en comparación con las muestras de hisopo, dificulta la detección precisa de agentes infecciosos».

La saliva es «un biofluido susceptible a grandes variaciones en la composición en función de diferentes factores, como la ingestión de alimentos y bebidas antes de recoger la muestra, lo que puede conducir a la dilución de la matriz de saliva y la inserción de especies moleculares exógenas que pueden interferir con la detección precisa». Incluso, señalan los investigadores, utilizando muestras de saliva muy heterogéneas, la sensibilidad de Rapid se mantuvo alta, un 100%, mientras que los falsos positivos dejaron una precisión en el diagnóstico del 90%.

El equipo de investigadores señala que, «en conclusión, creemos que el rendimiento de Rapid mejora cuando se utilizan muestras de saliva fresca en el punto de atención. Vale la pena señalar que entre las muestras de saliva positivas por SARS-CoV-2 nuestra prueba identificó como positivas dos muestras que habían sido previamente detectadas erróneamente como negativas; lo que indica que este biosensor puede ayudar a diagnosticar correctamente casos de covid que previamente se han diagnosticado con error por otros métodos».

El método utilizado, insisten, «proporciona sensibilidad más alta para la detección de proteína de pico de SARS-CoV-2, con excelente tiempo de detección y precio total. Además, su robustez se ha probado con un gran conjunto de muestras clínicas, demostrando gran fiabilidad».