Desarrollan prueba genética portátil, rápida y de bajo costo para el virus Zika

Ingenieros de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado una prueba genética rápida y de bajo costo para el virus Zika. El dispositivo de prueba $2 USD, es aproximadamente del tamaño de una lata de refresco, no requiere electricidad, ni conocimientos técnicos para su uso. Un paciente simplemente proporcionar una muestra de saliva. El colorante cambia de color y se vuelve azul cuando el ensayo genético detecta la presencia del virus.

El diagnóstico rápido, preciso es especialmente importante para las mujeres embarazadas que pueden estar infectadas. Sin embargo, la prueba aprobada para el virus actualmente requieren equipos de laboratorio de alta sensibilidad. Las herramientas de diagnóstico que se pueden utilizar en el campo, mientras el paciente espera, serían una herramienta crítica para combatir la epidemia Zika.

Los ingenieros demostraron el diseño y la eficacia de su prueba en un estudio publicado en la journal Analytical Chemistry (revista Analytical Chemistry). Fue realizado por el Profesor Asistente de Investigación Changchun Liu y el profesor Haim Bau del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn , junto con los miembros del laboratorio Bau, Jinzhao Song y Michael Mauk. Ellos colaboraron con Sara Cherry, profesora asociada de microbiología en la Penn’s Perelman School of Medicine (Escuela de Medicina de Perelman de Penn), y Brent Hackett, un miembro de su laboratorio.

Los ensayos que detectan el material del virus Zika se consideran como la regla de oro en el diagnóstico. Alternativas, como las pruebas que buscan anticuerpos creados por el cuerpo en respuesta al virus, no son suficientes, ya que pueden producir falsos negativos de personas que están infectadas pero que aún no han producido suficientes anticuerpos, o falsos positivos de las personas que tienen anticuerpos para son de una enfermedad diferente o que es lo suficientemente similar.

Los exámenes que buscan secuencias de ARN del virus en sí mismo, conocida como reverse transcriptase polymerase chain reaction, or RT-PCR (reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa, o RT-PCR), evitan ambos problemas. Sin embargo, RT-PCR requiere de un delicado trabajo de laboratorio. secuencias de genes virales en la muestra de un paciente deben amplificarse o ser copiados en varias ocasiones, a niveles en los que se pueden detectar, un proceso que normalmente implica múltiples cambios de temperatura precisas.

“Los CDC -Centers for Disease Control and Prevention- ha aprobado, con carácter de emergencia, sólo este tipo de pruebas moleculares en laboratorio para detectar el virus Zika,” dijo Liu. “En general, las pruebas de flujo lateral, que cambian directamente el color de una tira de ensayo basado en la presencia de anticuerpos Zika, sufren de baja sensibilidad. Y puesto que los anticuerpos contra el virus Zika reacción en forma cruzada con otros virus similares prevalentes en las zonas endémicas del Zika, las pruebas de flujo lateral para Zika también sufren de baja especificidad“.

Con la etapa de amplificación como el principal obstáculo para una prueba genética portátil, los investigadores de Penn se dieron a la tarea de usar una técnica alternativa conocida como RT-LAMP, o reverse transcription loop-mediated isothermal amplification (revertir la amplificación isotérmica mediada por ciclo de transcripción), que sólo requiere que la muestra se mantenga a una temperatura específica, no se cicla a través de múltiples cambios de temperatura precisas como en RT-PCR.

Como compensación para este proceso de amplificación simplificada, RT-LAMP requiere de primarios (primers), incluso más especializado para las secuencias de genes cortas que se están diseñados para coincidir con las regiones del virus DNA dirigida por la prueba.

“A pesar que los primarios del Zika para RT-PCR han sido publicados en la literatura, los primarios de RT-LAMP no tienen“, dijo Bau. “Por lo tanto, el uso de la minería de datos, se identificaron las regiones altamente conservadas del genoma del virus Zika que son divergentes de otros patógenos conocidos. A continuación, diseñado primarios apropiados para reconocer esta secuencia“.

“Al mismo tiempo,” dijo Liu, “hemos diseñado un sistema de bajo costo, para el punto de atención que consiste en un cassette de diagnóstico y un procesador. El casete aísla, concentra y purifica ácidos nucleicos y lleva a cabo la amplificación enzimática. Los resultados de las pruebas se indican por el cambio en el color de un colorante, que puede ser inspeccionado visualmente“.

Posteriormente, los investigadores trabajaron en cómo mantener la muestra a la temperatura necesaria sin utilizar electricidad. Su solución implicó un termo, un elemento de calefacción autónomo que utiliza una reacción química a partir de raciones militares portátiles y un material similar a la cera que absorbe el exceso de calor por fusión. Una tapa impresa 3-D se ajusta en la parte superior de los termo y contiene todos los componentes de la prueba en su lugar.

Una vez que la muestra de saliva de un paciente se introduce en el cartucho, la prueba lleva unos 40 minutos en realizarse. Los investigadores demostraron su eficacia con su propia saliva enriquecida con muestras de virus generados por el Cherry Lab, que muestra la sensibilidad equivalente a la de las pruebas de RT-PCR. En futuros trabajos se demostrar la selectividad de la prueba y también se probará una versión que puede cuantificar la carga viral por medio de un colorante fluorescente y una cámara integrada en un teléfono inteligente.

“Nuestro trabajo representa una prueba de concepto en esta etapa“, dijo Bau. “Antes de que el ensayo se pueda adaptar para uso médico, hay que experimentar con las muestras de los pacientes y asegurarse que nuestro ensayos y el sistema coincide con el rendimiento de la regla de oro y operan de manera reproducible y fiable. Tenemos la suerte de tener colegas dedicados en regiones endémicas listas para que nos ayude en esta tarea“.

El trabajo fue apoyado, en parte, por los National Institutes of Health (Institutos Nacionales de Salud) con las subvenciones K25AI099160 y R21.AI.112713.0 y el Penn Center for AIDS Research Pilot Grant AI045008.