Un innovador nano-biosensor per a la serologia ràpida, quantitativa i precisa de la COVID-19, que combina l’alta fiabilitat de les anàlisis de laboratoris especialitzats amb els temps curts i la simplicitat dels auto-test ràpids, ha estat desenvolupat per un equip de recerca dirigit per la Prof. Laura M. Lechuga, professora de recerca del CSIC y cap del Grup de NanoBiosensors i Aplicacions Bioanalítiques de l’ICN2. El rendiment d’aquest dispositiu, basat en tecnologia plasmònica, ha estat validat plenament en un gran nombre de mostres clíniques, mostrant una extraordinària sensibilitat (99%) i especificitat (100%).

Les proves serològiques tenen un paper important en la vigilància i la gestió d’epidèmies o pandèmies, així com en els estudis d’immunitat adquirida. Actualment, la serologia de COVID-19 es realitza mitjançant tècniques ben establertes d’immunoassaig, que proporcionen altes sensibilitats però requereixen laboratoris especialitzats amb personal capacitat i temps de processament de 3 a 48 hores. Un mètode molt més ràpid i senzill són les proves de flux lateral, com els test de diagnòstic ràpid que es venen a les farmàcies. Tot i això, aquestes darreres no són del tot fiables, ja que presenten una sensibilitat i especificitat moderades.

Un equip de recerca dirigit per la Prof. Laura M. Lechuga, professora de recerca del CSIC y cap del Grup de NanoBiosensors i Aplicacions Bioanalítiques de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), ha desenvolupat i validat àmpliament un nou nanobiosensor serològic que permet identificar i quantificar ràpidament (en menys de 15 minuts) els anticossos contra el SARS-COV-2 al sèrum sanguini, sense necessitat de pretractament de la mostra ni d’un llarg processament. Per aconseguir-ho fa servir un dispositiu òptic basat en una tècnica plasmònica que l’equip de la professora Lechuga fa anys que consolida i que ha implementat per al diagnòstic de diverses malalties i condicions – com ara la detecció de biomarcadors de càncer, ingestió de gluten o al·lèrgia als antibiòtics.

Aquest treball s’ha desenvolupat en col·laboració amb l’Hospital Universitari i l’Institut de Recerca Vall d’Hebron (VHIR, Barcelona) i l’Hospital Clínic de Barcelona-IDIBAPS –que van proporcionar les mostres clíniques i la validació– i la Unitat de Virus Emergents de la Universitat d’Aix-Marsella (França), en el marc del projecte CoNVaT finançat per la UE.

Proves exhaustives en mostres clíniques

Per demostrar l’eficàcia i la fiabilitat d’aquesta tecnologia de biosensors s’han realitzat proves exhaustives en mostres clíniques, proporcionades per l’Hospital Universitari Vall d’Hebron i l’Hospital Clínic de Barcelona-IDIBAPS durant els primers mesos de la pandèmia COVID-19. En concret, es van utilitzar 120 mostres de sèrum, de les quals 100 procedien de pacients confirmats com a positius a COVID-19 i 20 negatius (aquestes recollides abans del brot de la pandèmia). Anàlisis comparatives amb les tècniques estàndard i els assaigs comercials de flux lateral van mostrar que aquesta tecnologia de biosensors plasmònics supera els mètodes de diagnòstic ben establerts, proporcionant una excel·lent sensibilitat (99%) i especificitat (100%).

Aquesta precisió notable i els curts temps d’operació (el resultat està disponible en menys de 15 minuts) fan d’aquest nou biosensor una eina excepcional per a proves serològiques ràpides i fiables. La serologia veloç i quantitativa és crucial per controlar l’evolució de la pandèmia de COVID-19, gestionar l’hospitalització i l’ingrés dels pacients a les unitats de cura intensiva i avaluar l’estat immunològic dels individus durant les campanyes de vacunació i en presència de variants emergents del virus.

Atès que el dispositiu de lectura és compacte i el procediment es pot automatitzar, aquesta tecnologia també té potencial per a aplicacions en punts d’atenció i podria introduir-se a consultes mèdiques i farmàcies. A més, la mateixa tècnica es pot utilitzar per a la detecció de diverses substàncies en fluids corporals –com pèptids de gluten, biomarcadors de càncer primerencs, fàrmacs anticoagulants o anticossos d’al·lèrgia als antibiòtics– i, per tant, per al diagnòstic i seguiment de moltes malalties.

El nivell de maduresa d’aquesta tecnologia és ja molt alt i els seus desenvolupadors s’han compromès a aconseguir una transferència ràpida a la indústria, amb la finalitat d’introduir aquest nou dispositiu biosensor tant en el context clínic com en entorns descentralitzats. 
Els resultats d’aquest estudi, realitzat en el marc del projecte CoNVaT, finançat per la UE, han estat publicats a Analytical Chemistry. La recerca ha estat desenvolupada pel grup de la professora Lechuga en col·laboració amb els Departaments de Cures Intensives i Microbiologia Clínica de l’Hospital Universitari Vall d’Hebron (Barcelona, Espanya), el Departament de Pneumologia de l’Hospital Clínic de Barcelona-IDIBAPS, i la Unitat de Virus Emergents de la Universitat d’Aix-Marsella (França). Les investigadores sènior Dra. María Soler i Dra. M. Carmen Estévez són les autores de correspondència del treball, mentre que l’estudiant de doctorat Olalla Calvo-Lozano, que ha realitzat l’optimització i validació del sistema, n’és la primera autora.

ArtIcle de referència:

Olalla Calvo-Lozano, Miquel Sierra, Maria Soler, Maria Carmen Estévez, Luis Chiscano-Camón, Adolfo Ruiz-Sanmartin, Juan Carlos Ruiz-Rodriguez, Ricard Ferrer, Juan José González-López, Juliana Esperalba, Candela Fernández-Naval, Leticia Bueno, Ruben López-Aladid, Antoni Torres, Laia Fernández-Barat, Sarah Attoumani, Rémi Charrel, Bruno Coutard, and Laura M. Lechuga, Label-Free Plasmonic Biosensor for Rapid, Quantitative, and Highly Sensitive COVID-19 Serology: Implementation and Clinical Validation. Anal. Chem. 2022, 94, 2, 975–984. DOI: 10.1021/acs.analchem.1c03850

 

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Gráfic de les molècules del nou test serològic. Es pot veure aquí animació

Material gráfic
Animació que il·lustra com funcionaria un dispositiu de lectura portàtil amb cartutxos d’un sol ús.