Se trata de un producto diseñado por los científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y del Wyss Institute de la Universidad de Harvard con la idea de hacer pruebas rápidas y domésticas bautizado como miSHERLOCK para identificar las mutaciones del SARS-CoV-2 que hoy están produciendo nuevas olas de contagio con sus variantes.
El dispositivo de diagnóstico “Minimally Instrumented SHERLOCK (miSHERLOCK)” promete ser fácil de usar y de proporcionar resultados que pueden ser leídos y verificados por una aplicación de smartphone tras una hora de trabajo.
Este prototipo logró distinguir con éxito tres variantes diferentes del SARS-CoV-2 en experimentos y se puede reconfigurar rápidamente y con facilidad para detectar variantes adicionales que vayan surgiendo, como la Delta.
Su producción es muy fácil y rápida ya que puede ser ensamblada usando una impresora 3D y componentes comúnmente disponibles por alrededor de $15 dolares (Casi unos 12 mil pesos chilenos), y la reutilización del hardware reduce el costo de los ensayos individuales aún más, llegando a solo $6 dólares (casi 5 mil pesos chilenos) cada uno
“MiSHERLOCK elimina la necesidad de transportar muestras de pacientes a una ubicación de prueba centralizada y simplifica enormemente los pasos de preparación de muestras, brindando a los pacientes y médicos una imagen más rápida y precisa de la salud individual y comunitaria, que es fundamental durante una pandemia en evolución”, dijo una de las coautoras e investigadoras del proyecto, Helena de Puig.
Una propuesta económica
El proyecto nació de la necesidad de precisar cada vez menos de los hisopos nasofaríngeos y optar por una alternativa reutilizable, de bajo costo y de alta efectividad. En este sentido, la instructora de pediatría del Boston Children’s Hospital y coautora, Rose Lee, utilizó su experiencia clínica para inspirarse en este proyecto que finalmente terminó por convertirse en miSHERLOCK.
“La motivación de nuestro equipo para este proyecto fue eliminar estos cuellos de botella proporcionando diagnósticos precisos para COVID-19 que dependían menos de las cadenas de suministro globales y podían detectar con precisión las variantes que estaban comenzando a surgir”, señaló la experta.
Para poder detectar el SARS-CoV-2, el grupo investigador recurrió a una tecnología basada en CRISPR, un instrumento de laboratorio que se usa para cambiar o “editar” piezas del ADN de una célula utilizando una molécula de ARN con un diseño especial para guiar una enzima llamada Cas9, hacia una secuencia particular del ADN. Esta tecnología fue proveída por el miembro del Wyss Core Faculty, Jim Collins, quien denominó al proceso como “Desbloqueo enzimático específico de alta sensibilidad (SHERLOCK por sus siglas en inglés).
SHERLOCK utiliza las “tijeras moleculares” de CRISPR para cortar ADN o ARN en ubicaciones especificas y con la ventaja adicional de reconocer su secuencia objetivo, este tipo específico de tijeras también corta otras piezas de ADN en el área circundante, lo que permite que su ingeniería pueda producir una señal que indique que el objetivo se ha cortado con éxito.
Basados en esta ingeniería, el grupo de investigadores diseñó una forma de cortar el ARN del SARS-CoV-2 en una región específica de un gen llamado nucleoproteína que se conserva en múltiples variantes del virus. Cuando las tijeras moleculares se une con éxito al gen de la nucleoproteína y lo corta, también se cortan las sondas de ADN monocatenario, lo que significa que produce una señal fluorescente utilizada para detectar las variantes Alfa, Beta y Gamma.
En tres pasos detecta el contagio
“Cuando se analiza una muestra en busca de ácidos nucleicos [como ADN o ARN], hay muchos pasos que se deben seguir para preparar la muestra de modo que realmente pueda extraer y amplificar esos ácidos nucleicos. Debe proteger la muestra mientras está en tránsito hacia el centro de pruebas y también asegurarse de que no sea infecciosa si se trata de una enfermedad transmisible. Con el fin de hacer de esta una prueba de diagnóstico realmente fácil de usar, era importante para nosotros simplificar eso tanto como fuera posible”, comentó el coautor y miembro clínico de Wyss Instituto e Instructor de Medicina en Gastroenterología del Hospital General de Massachusetts, Xiao Tan.
Los investigadores decidieron utilizar saliva en vez de los típicos hisopos como fuente de diagnóstico debido a la facilidad que supondría para los usuarios el recolectar su saliva. Además, otro factor a considerar fue que los estudios demostraron que el SARS-CoV-2 es detectable en la saliva durante un mayor número de días después de la infección. Sin embargo, esto también suponía otro desafío: las enzimas degradan varias moléculas y pueden producir una alta tasa de falsos positivos.
Para solventar este problema, se desarrolló una técnica que, tras agregar dos químicos llamados DTT y EGTA a la saliva y calentar la muestra a 95°C durante tres minutos, logró desactivar estas enzimas que producían la señal de falso positivo de la muestra sin tratar.
Luego incorporaron una membrana porosa que fue diseñada para atrapar ARN en su superficie, lo que finalmente podría agregarse directamente a la reacción de SHERLOCK para generar un resultado.
El equipo cuenta con dos cámaras, una que prepara la muestra calentada y otra de reacción sin calefacción. Los pasos a seguir son sumamente simples, primero el usuario deposita su saliva en la cámara de preparación de muestras, enciende la calefacción y espera de tres a seis minutos a que la saliva penetre en el filtro.
Luego, se quita el filtro y se transfiere a la columna de la camara de reación, después se empuja un émbolo que deposita el filtro en la cámara y perfora un depósito de agua que activará la reacción SHERLOCK.
Tras 55 minutos de preparación, el usuario deberá mirar a través de la ventana del transiluminador teñido hacia la cámara de reacción y confirmar la presencia de una señal fluorescente.
También es posible la utilización de una aplicación móvil que analiza los píxeles registrados por la cámara del smartphone para proporcionar un diagnóstico claro de positivo o negativo.
Efectividad de identificación del SARS-CoV-2
El dispositivo fue utilizado para diagnosticar 27 muestras de pacientes covid-19 y 21 de pacientes sanos, encontrando que tuvo una efectividad de identificación del 96% en pacientes positivos y de un 95% en personas sin la enfermedad.
También probaron su rendimiento contra las variantes Alfa, Beta y Gamma del SARS-CoV-2 al agregar saliva humana sana con ARN viral sintético de longitud completa que contiene mutaciones que representan cada variante, y encontraron que el dispositivo era efectivo en toda las variantes.
“El dispositivo cuesta alrededor de $15 dólares, pero la producción en masa reduciría los costos hasta los $3 dolares”, señaló la coautora y asistente de investigación en el MIT Media Lab y en el Laboratorio Collins, Devora Najjar.
La producción de estos productos se demora aproximadamente dos semanas, lo que también permite el rápido desarrollo de pruebas para las nuevas variantes de SARS-CoV-2, así como también para otras enfermedades infecciosas.
