Biorekonfigurowalna platforma elektroniczna do multipleksowego wykrywania wirusowych patogenów układu oddechowego (BIOPLEX)

Projekt opiera się na opracowaniu platformy elektronicznej wykonującej pomiar zmian impedancji pomiędzy mikroelektrodami po wychwyceniu docelowej biocząsteczki przez selektywną biosondę uprzednio wszczepioną na powierzchnię biosensora. Wymaganą czułość zostanie osiągnięta poprzez pracę biosensora w trybie lock-in, który zapewnia najwyższą rozdzielczość śledzenia zmian amplitudy i fazy sygnałów impedancji (1 ppm została wykazana przez POLIMI w innych zastosowaniach). Aby wzmocnić sygnał elektroniczny, stosuje się mikrokulki polistyrenowe, odpowiednio funkcjonalizowane oligonukleotydami lub przeciwciałami, aby połączyć cel i zwiększyć zmienność impedancji, co wykazali zwolennicy skutecznego wykrywania przeciwciał przeciwko wirusowi dengi. Aby uwzględnić wiele miejsc wykrywania równolegle na tym samym chipie biosensora, umożliwiając analizę porównawczą w czasie rzeczywistym różnych celów z tej samej próbki biologicznej w celu zwiększenia czułości wykrywania i kontroli, zostanie opracowana specjalnie zaprojektowana platforma elektroniczna do wykonywania wykrywania impedancji różnicowej (tj. , bezpośrednie porównanie czujnika docelowego z czujnikiem odniesienia) na wielu kanałach. Chip biosensora, wykonany z borokrzemianu ze złotymi mikroelektrodami, charakteryzuje się specyficzną modyfikacją powierzchni za pomocą opracowanych przez CNR polimerów funkcjonalnych (rodzina polimerów na bazie N,N-dimetyloakryloamidu -DMA), które tworzą nanometryczną warstwę hydrofilową na powierzchni chipa. Grupy funkcyjne tych kopolimerów pozwalają na kowalencyjne unieruchomienie sondy z zachowaniem jej aktywnej struktury, właściwej odległości przestrzennej, orientacji i gęstości, sprzyjającej interakcji z celem. Chip biosensora zostanie zintegrowany z dostępnym już w grupie systemem mikroprzepływowym.

Celem SARS-CoV-2 będą ambitne strategie. Najpierw planujemy wychwycić całego wirusa w roztworze przy użyciu znakowanych DNA przeciwciał skierowanych przeciwko białku kolczastemu SARS-CoV-2.

Obszar czujnika, naznaczony sondami oligonukleotydowymi komplementarnymi do sekwencji DNA połączonej z przeciwciałem, będzie oddziaływać ze znakowanymi DNA przeciwciałami, które ozdobiły całą powierzchnię wirusa. Aby zwiększyć zmianę impedancji platformy, zostaną użyte kulki polistyrenowe: w szczególności zostaną one zmodyfikowane oligonukleotydem komplementarnym do tego związanego z przeciwciałem, które wyłapało wirusa. Ta metodologia wykrywania całego wirusa, łącząca wychwytywanie antygenów za pośrednictwem DNA z platformą o wysokiej czułości do wykrywania impedancji różnicowej, jest całkowicie nowa i oczekuje się, że będzie skuteczna w oparciu o wyniki już osiągnięte przez zwolenników w wykrywaniu przeciwciał w ludzkiej krwi osób zakażonych wirusem dengi. Równolegle zamierzamy rozszerzyć wykorzystanie platformy elektronicznej także na wykrywanie antygenów wirusowych, tj. Białko szczytowe S lub białko nukleokapsydu N. Zastosowanie antygenów do diagnozy infekcji zamiast całego wirusa może prowadzić do ważnych praktycznych porażek, ponieważ nie wymaga żadnych szczególnych wymagań bezpieczeństwa, umożliwiając w ten sposób wykonanie testu w dowolnym miejscu , w szczególności aptek lub przychodni lekarskich, podobnie jak standardowe testy antygenowego bocznego przepływu.

Jest to retrospektywne, jednoośrodkowe badanie mające na celu badanie próbek oddechowych w celu oceny czułości analitycznej platformy opracowywanej w ramach projektu PRIN Prot. 2022EJL28B. Próbki są poddawane anonimizacji i przeprowadzane są analizy próbek w celu sprawdzenia zdolności urządzenia do wykrycia obecności cząstek wirusowych w matrycy biologicznej, takiej jak próbki z dróg oddechowych lub, jeśli jest to konieczne do ustawienia instrumentów, randomizowane i anonimowe próbki osocza. W badaniu nie zostaną zaangażowani żadni pacjenci ani dane kliniczne, a jedynie próbki przechowywane w instytucjonalnym biobanku kliniczno-biologicznym COVID-19 w San Raffaele (COVID-BioB, NCT04318366). Próbki użyte do badań zostały pobrane w okresie 19.03.2020 – 31.05.2024.