Biorekonfigurierbare elektronische Plattform zur Multiplex-Erkennung viraler Atemwegserreger (BIOPLEX)

Das Projekt basiert auf der Entwicklung einer elektronischen Plattform, die die Messung der Impedanzschwankung zwischen Mikroelektroden nach dem Einfangen des Zielbiomoleküls durch eine selektive Biosonde durchführt, die zuvor auf die Biosensoroberfläche aufgepfropft wurde. Die erforderliche Empfindlichkeit wird durch den Betrieb des Biosensors im Lock-in-Modus erreicht, der die höchste Auflösung bei der Verfolgung von Amplituden- und Phasenschwankungen von Impedanzsignalen gewährleistet (1 ppm wurde von POLIMI bei anderen Anwendungen nachgewiesen). Um das elektronische Signal zu verstärken, werden Polystyrol-Mikrokügelchen, die ordnungsgemäß mit Oligonukleotiden oder Antikörpern funktionalisiert sind, verwendet, um das Ziel zu verbinden und die Impedanzschwankung zu erhöhen, wie Befürworter beim erfolgreichen Nachweis von Antikörpern gegen das Dengue-Virus gezeigt haben. Um mehrere Erfassungsstellen parallel auf demselben Biosensorchip anzusprechen und eine vergleichende Analyse verschiedener Ziele aus derselben biologischen Probe in Echtzeit für eine erhöhte Nachweisempfindlichkeit und -kontrolle zu ermöglichen, wird eine maßgeschneiderte elektronische Plattform zur Durchführung der differenziellen Impedanzerfassung (d. h. , direkter Vergleich zwischen dem Zielsensor und einer Referenz) auf mehreren Kanälen. Der Biosensorchip aus Borosilikat mit Goldmikroelektroden verfügt über eine spezifische Modifikation seiner Oberfläche mit funktionellen Polymeren (einer Familie von N,N-Dimethylacrylamid-DMA-basierten Polymeren), die von CNR entwickelt wurden und einen nanometrischen hydrophilen Film auf der Chipoberfläche bilden. Die funktionellen Gruppen dieser Copolymere ermöglichen die kovalente Immobilisierung der Sonde, wobei ihre aktive Struktur, der richtige räumliche Abstand, die Ausrichtung und die Dichte erhalten bleiben und die Wechselwirkung mit dem Ziel begünstigt wird. Der Biosensorchip wird in das bereits in der Gruppe vorhandene Mikrofluidiksystem integriert.

SARS-CoV-2 wird mit anspruchsvollen Strategien bekämpft. Zunächst planen wir, das gesamte Virus in Lösung mithilfe von DNA-markierten Antikörpern einzufangen, die gegen das SARS-CoV-2-Spike-Protein gerichtet sind.

Der Sensorbereich, der mit Oligonukleotidsonden befleckt ist, die zu der mit dem Antikörper verknüpften DNA-Sequenz komplementär sind, interagiert mit den DNA-markierten Antikörpern, die die gesamte Oberfläche des Virus dekoriert haben. Um die Impedanzvariation der Plattform zu erhöhen, werden Polystyrolkügelchen verwendet: Insbesondere werden sie mit dem Oligonukleotid modifiziert, das zu dem Oligonukleotid komplementär ist, das an den Antikörper gebunden ist, der das Virus eingefangen hat. Diese Methode zum Nachweis des gesamten Virus, die das DNA-gesteuerte Einfangen der Antigene mit einer hochempfindlichen Plattform für die differenzielle Impedanzerkennung kombiniert, ist absolut neu und wird voraussichtlich erfolgreich sein, basierend auf den Ergebnissen, die die Befürworter bereits beim Nachweis der Antikörper erzielt haben im menschlichen Blut von Personen, die mit dem Dengue-Virus infiziert sind. Parallel dazu beabsichtigen wir, die Nutzung der elektronischen Plattform auch auf den Nachweis viraler Antigene auszudehnen, d. h. Spike-Protein S oder Nukleokapsid-Protein N. Die Verwendung von Antigenen zur Diagnose der Infektion anstelle des gesamten Virus kann zu erheblichen praktischen Ausfällen führen, da keine besonderen Sicherheitsanforderungen erforderlich sind und der Test daher an jedem Ort durchgeführt werden kann , insbesondere Apotheken oder medizinische Kliniken, ähnlich wie bei Standard-Antigen-Lateral-Flow-Tests.

Hierbei handelt es sich um eine retrospektive monozentrische Studie zum Testen von Atemwegsproben, um die analytische Empfindlichkeit der im Projekt PRIN Prot entwickelten Plattform zu bewerten. 2022EJL28B. Die Proben werden anonymisiert vervollständigt und die Probenanalysen werden durchgeführt, um die Fähigkeit des Geräts zu überprüfen, das Vorhandensein von Viruspartikeln in biologischer Matrix wie Atemwegsproben oder, falls für die Einrichtung von Instrumenten erforderlich, randomisierten und anonymisierten Plasmaproben aufzudecken. Für die Studie werden keine Patienten einbezogen oder klinische Daten verwendet, sondern es werden nur die Proben verwendet, die in der klinisch-biologischen Biobank COVID-19 der Institution San Raffaele (COVID-BioB, NCT04318366) gespeichert sind. Die für die Studie verwendeten Proben wurden im Zeitraum vom 19.03.2020 bis 31.05.2024 gesammelt.