Il test degli anticorpi robusto e diffuso è emerso come una strategia chiave nella lotta contro il virus SARS-CoV-2, responsabile della pandemia coronavirus Covid-19. Tuttavia, i metodi attuali di test sono troppo imprecisi o troppo costosi per essere fattibili su scala globale. Ora gli scienziati dell’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno sviluppato un test degli anticorpi rapido, affidabile e a basso costo.
Il dispositivo, descritto in uno studio proof-of-concept pubblicato questa settimana su Biosensors and Bioelectronics, utilizza la tecnologia portatile lab-on-a-chip per misurare con precisione la concentrazione di anticorpi presenti nel plasma sanguigno diluito.
Gli anticorpi sono proteine prodotte dal sistema immunitario per neutralizzare il virus. La ricerca ha scoperto che gli anticorpi coronavirs Covid-19 sono presenti nelle fasi successive dell’infezione, possono persistere nel sangue dopo che l’infezione è stata eliminata, consentendo l’identificazione di individui precedentemente infetti. I test anticorpali sono quindi un mezzo importante per determinare la piena diffusione del coronavirus Covid-19, informazioni cruciali per guidare le politiche di salute pubblica. Eppure molte nazioni finora non sono riuscite a utilizzare test anticorpali su larga scala.
Riccardo Funari, primo autore e ricercatore presso l’Unità di Micro / Bio / Nanofluidica dell’OIST, ha detto:
«Molte piattaforme esistenti per i test degli anticorpi sono accurate e affidabili, ma sono costose e devono essere eseguite in laboratorio da addestrati operatori. Ciò significa che possono essere necessarie ore, o addirittura giorni, per ottenere risultati; altri test sono più facili da usare, portatili e rapidi, ma non sono sufficientemente accurati, il che ostacola gli sforzi dei test».
I ricercatori hanno evitato questo compromesso tra accuratezza e accessibilità sviluppando una piattaforma alternativa per il test degli anticorpi, combina una potente tecnologia di rilevamento della luce con un chip microfluidico. Il chip fornisce risultati entro 30 minuti ed è altamente sensibile, rilevando anche la più bassa concentrazione di anticorpi clinicamente rilevante. Ogni chip è economico da produrre, annulla la necessità di un laboratorio o di operatori addestrati, aumentando la fattibilità dei test a livello nazionale.
Amy Shen, dirige il Micro / Bio / Nanofluidics Unit, ha detto:
«C’è un altro vantaggio distintivo di questa piattaforma di recente sviluppo. Il test non rileva solo se gli anticorpi sono presenti o assenti, ma fornisce anche informazioni sulla quantità di anticorpi prodotti dal sistema immunitario, in altre parole, è quantitativo, ciò amplia notevolmente le sue potenziali applicazioni, dal trattamento del coronavirus Covid-19 all’uso nello sviluppo di vaccini».
Illuminazione degli anticorpi
La piattaforma di test degli anticorpi è costituita da un chip microfluidico integrato con una sonda di luce a fibra ottica. Il chip stesso è costituito da un vetrino ricoperto d’oro con un canale microfluidico incorporato. Il team di ricercatori usando un voltaggio elettrico su un vetrino interagisce con decine di migliaia di minuscole strutture d’oro appuntite, ognuna più piccola della lunghezza d’onda della luce.
I ricercatori hanno quindi modificato queste “nanospike d’oro” attaccando un frammento della proteina spike SARS-CoV-2, questa proteina è fondamentale per aiutare il coronavirus a infettare le cellule e provoca una forte reazione da parte del sistema immunitario di una persona infetta.
Gli scienziati in questo studio di prova del concetto, hanno dimostrato il principio alla base del modo in cui il test rileva gli anticorpi utilizzando un campione di plasma umano artificiale addizionato con anticorpi coronavirus Covid-19 specifici per la proteina spike, quella che permette al nuovo coronavirus di attaccare e infettare le cellule umane.
Il campione con una pompa a siringa è aspirato attraverso il chip, mentre il plasma scorre oltre le nanospike d’oro rivestite di proteine, gli anticorpi si legano ai frammenti di proteine spike, questo evento di legame è quindi rilevato dalla sonda di luce a fibre ottiche.
Riccardo Funari ha aggiunto:
«Il principio di rilevamento è semplice ma potente, si basa sul comportamento unico degli elettroni sulla superficie delle nanospike d’oro, oscillano insieme quando sono colpite dalla luce, questi elettroni risonanti sono altamente sensibili ai cambiamenti nell’ambiente circostante, come il legame degli anticorpi, che provoca uno spostamento nella lunghezza d’onda della luce assorbita dalle nanospike. Praticamente più anticorpi si legano, maggiore è lo spostamento nella lunghezza d’onda della luce assorbita. La sonda in fibra ottica è collegata a un rilevatore di luce che misura questo spostamento. Usando queste informazioni, possiamo determinare la concentrazione di anticorpi all’interno del campione di plasma».
Un futuro luminoso
L’implementazione su larga scala di un test quantitativo potrebbe avere un impatto notevole sul modo in cui è trattato il coronavirus Covid-19. I test quantitativi ad esempio, potrebbero aiutare i medici a monitorare l’efficacia con cui il sistema immunitario di un paziente sta combattendo il virus. Potrebbe anche essere usato per aiutare a identificare donatori adatti per un trattamento sperimentale promettente, chiamato terapia trasfusionale di plasma, in cui il sangue ricco di anticorpi di un paziente guarito è donato ai pazienti attualmente infetti per aiutarli a combattere il coronavirus Covid-19.
Essere in grado di misurare il livello di risposta immunitaria può anche aiutare lo sviluppo del vaccino, consentendo ai ricercatori di determinare con quanta efficacia un vaccino di prova innesca il sistema immunitario.
I ricercatori tuttavia hanno sottolineato che il dispositivo è ancora in fase di sviluppo attivo. Il team di ricercatori mira a ridurre le dimensioni del chip per tagliare i costi di produzione e sta anche lavorando per migliorare l’affidabilità del test.
Riccardo Funari in conclusione ha detto:
«Abbiamo dimostrato che il dispositivo funziona per rilevare diverse concentrazioni di anticorpi della proteina spike in campioni di plasma umano artificiale. Ora vogliamo espandere il test in modo che il chip possa allo stesso tempo rilevare più differenti anticorpi; non appena ottimizzato il dispositivo abbiamo in programma di collaborare con gli ospedali e le istituzioni mediche locali per eseguire test su campioni di pazienti reali».