Piattaforma elettronica bioriconfigurabile per il rilevamento multiplex di agenti patogeni respiratori virali (BIOPLEX)

Il progetto si basa sullo sviluppo di una piattaforma elettronica in grado di misurare la variazione di impedenza tra microelettrodi in seguito alla cattura della biomolecola bersaglio da parte di una biosonda selettiva precedentemente innestata sulla superficie del biosensore. La sensibilità richiesta sarà ottenuta operando il biosensore in modalità lock-in, che garantisce la massima risoluzione nel tracciamento delle variazioni di ampiezza e fase dei segnali di impedenza (1 ppm è stato dimostrato da POLIMI su altre applicazioni). Per migliorare il segnale elettronico, vengono utilizzate microsfere di polistirene, opportunamente funzionalizzate con oligonucleotidi o anticorpi, per collegare il bersaglio e aumentare la variazione di impedenza, come dimostrato dai sostenitori nel rilevamento riuscito degli anticorpi contro il virus Dengue. Per affrontare più siti di rilevamento in parallelo sullo stesso chip biosensore, consentendo analisi comparative in tempo reale su diversi bersagli dello stesso campione biologico per una maggiore sensibilità e controllo di rilevamento, verrà sviluppata una piattaforma elettronica su misura per eseguire il rilevamento dell'impedenza differenziale (ad es. , confronto diretto tra il sensore target e un riferimento) su più canali. Il chip del biosensore, realizzato in borosilicato con microelettrodi d'oro, presenta una specifica modifica della sua superficie con polimeri funzionali (una famiglia di polimeri a base di N,N-dimetilacrilammide -DMA) sviluppati dal CNR che formano un film idrofilo nanometrico sulla superficie del chip. I gruppi funzionali di questi copolimeri permettono l'immobilizzazione covalente della sonda preservandone la struttura attiva, la corretta distanza spaziale, l'orientamento e la densità, favorendo l'interazione con il bersaglio. Il chip biosensore sarà integrato nel sistema microfluidico già disponibile nel gruppo.

SARS-CoV-2 sarà preso di mira con strategie impegnative. Innanzitutto, prevediamo di catturare l’intero virus in soluzione utilizzando anticorpi marcati con DNA diretti contro la proteina spike SARS-CoV-2.

L'area del sensore, individuata con sonde oligonucleotidiche complementari alla sequenza di DNA legata all'anticorpo, interagirà con gli anticorpi marcati con DNA che hanno decorato l'intera superficie del virus. Per aumentare la variazione di impedenza della piattaforma verranno utilizzate perline di polistirolo: in particolare, queste verranno modificate con l'oligonucleotide complementare a quello legato all'anticorpo che ha catturato il virus. Questa metodologia di rilevamento dell'intero virus, che combina la cattura degli antigeni diretta dal DNA insieme a una piattaforma ad alta sensibilità per il rilevamento dell'impedenza differenziale, è assolutamente nuova e si prevede che avrà successo sulla base dei risultati già ottenuti dai proponenti nel rilevamento degli anticorpi nel sangue umano di persone infette dal virus Dengue. Parallelamente intendiamo estendere l’utilizzo della piattaforma elettronica anche alla rilevazione degli antigeni virali, cioè Proteina Spike S o proteina N del nucleocapside. L'utilizzo di antigeni per la diagnosi dell'infezione anziché dell'intero virus, può portare a importanti abbandoni pratici in quanto non necessita di particolari requisiti di sicurezza, consentendo quindi l'esecuzione del test in qualsiasi luogo , in particolare farmacie o cliniche mediche analogamente ai test antigenici standard a flusso laterale.

Si tratta di uno studio retrospettivo monocentrico per testare campioni respiratori per valutare la sensibilità analitica della piattaforma sviluppata nel progetto PRIN Prot. 2022EJL28B. I campioni vengono completati resi anonimi e le analisi dei campioni vengono eseguite al fine di verificare la capacità del dispositivo di rivelare la presenza di particelle virali nella matrice biologica come campioni respiratori o, quando necessario per l'impostazione degli strumenti, campioni di plasma randomizzati e anonimizzati. Per lo studio non saranno coinvolti pazienti né utilizzo di dati clinici, ma verranno utilizzati solo i campioni conservati nella biobanca clinico-biologica istituzionale del San Raffaele COVID-19 (COVID-BioB, NCT04318366). I campioni utilizzati per lo studio sono stati raccolti nel periodo 19/03/2020 - 31/05/2024.