Bio-herconfigureerbaar elektronisch platform voor multiplexdetectie van virale ademhalingspathogenen (BIOPLEX)

Het project berust op de ontwikkeling van een elektronisch platform dat de impedantievariatie tussen micro-elektroden meet bij het vangen van het doelbiomolecuul door een selectieve biosonde die eerder over het biosensoroppervlak is geënt. De vereiste gevoeligheid zal worden bereikt door de biosensor in de lock-in-modus te laten werken, wat de hoogste resolutie garandeert bij het volgen van amplitude- en fasevariaties van impedantiesignalen (1 ppm is door POLIMI aangetoond bij andere toepassingen). Om het elektronische signaal te versterken, worden microbolletjes van polystyreen, op de juiste manier gefunctionaliseerd met oligonucleotiden of antilichamen, gebruikt om het doelwit te verbinden en de impedantievariatie te vergroten, zoals aangetoond door voorstanders van de succesvolle detectie van antilichamen tegen het Dengue-virus. Om meerdere detectielocaties parallel op dezelfde biosensorchip aan te spreken, waardoor real-time vergelijkende analyses op verschillende doelen uit hetzelfde biologische monster mogelijk worden voor verhoogde detectiegevoeligheid en controle, zal een op maat gemaakt elektronisch platform worden ontwikkeld om differentiële impedantiedetectie uit te voeren (d.w.z. , directe vergelijking tussen de doelsensor en een referentie) op meerdere kanalen. De biosensorchip, gemaakt van borosilicaat met gouden micro-elektroden, heeft een specifieke modificatie van het oppervlak met functionele polymeren (een familie van N,N-dimethylacrylamide-DMA-gebaseerde polymeren) ontwikkeld door CNR die een nanometrische hydrofiele film op het chipoppervlak vormen. De functionele groepen van deze copolymeren maken de covalente immobilisatie van de probe mogelijk, waarbij de actieve structuur, de juiste ruimtelijke afstand, oriëntatie en dichtheid behouden blijven, waardoor de interactie met het doelwit wordt bevorderd. De biosensorchip zal worden geïntegreerd in het microfluïdische systeem dat al beschikbaar is in de groep.

SARS-CoV-2 zal het doelwit zijn van uitdagende strategieën. Ten eerste zijn we van plan het hele virus in oplossing te vangen met behulp van DNA-gelabelde antilichamen gericht tegen het SARS-CoV-2-spike-eiwit.

Het sensorgebied, bevlekt met oligonucleotidesondes die complementair zijn aan de DNA-sequentie die aan het antilichaam is gekoppeld, zal een interactie aangaan met de DNA-gelabelde antilichamen die het hele oppervlak van het virus hebben versierd. Om de impedantievariatie van de platformkorrels te vergroten zullen polystyreenkralen worden gebruikt: in het bijzonder zullen ze worden gemodificeerd met het oligonucleotide dat complementair is aan datgene dat is gekoppeld aan het antilichaam dat het virus heeft gevangen. Deze volledige virusdetectiemethode, die de DNA-gerichte vangst van de antigenen combineert met een hooggevoelig platform voor differentiële impedantiedetectie, is absoluut nieuw en zal naar verwachting succesvol zijn op basis van de resultaten die de voorstanders al hebben bereikt bij de detectie van de antilichamen. in het menselijk bloed van personen die besmet zijn met het Dengue-virus. Tegelijkertijd zijn we van plan het gebruik van het elektronische platform ook uit te breiden naar de detectie van virale antigenen, d.w.z. Spike-eiwit S of nucleocapside-eiwit N. Het gebruik van antigenen voor de diagnose van de infectie in plaats van het hele virus kan tot belangrijke praktische uitval leiden, omdat er geen bijzondere veiligheidseisen aan verbonden zijn, waardoor de test op elke locatie kan worden uitgevoerd , in het bijzonder apotheken of medische klinieken, vergelijkbaar met standaard antigene laterale flowtests.

Dit is een retrospectief monocenteronderzoek om ademhalingsmonsters te testen om de analytische gevoeligheid te evalueren van het platform dat wordt ontwikkeld in het project PRIN Prot. 2022EJL28B. De monsters worden geanonimiseerd voltooid en de monsteranalyses worden uitgevoerd om het vermogen van het apparaat te controleren om de aanwezigheid van virale deeltjes in de biologische matrix aan het licht te brengen, zoals ademhalingsmonsters of, indien nodig voor het opzetten van instrumenten, plasma-gerandomiseerde en geanonimiseerde monsters. Voor het onderzoek zijn geen patiënten of gebruik van klinische gegevens betrokken, maar worden alleen de monsters gebruikt die zijn opgeslagen in de institutionele COVID-19 klinisch-biologische biobank van San Raffaele (COVID-BioB, NCT04318366). De voor het onderzoek gebruikte monsters zijn verzameld in de periode 19/03/2020 - 31/05/2024.