Investigadores del Centro de Investigación para el Análisis de Bioconvergencia del Instituto de Ciencias Básicas de Corea han desarrollado un biosensor basado en transistores de efecto de campo que detecta coronavirus SARS-CoV-2 en hisopos nasofaríngeos de pacientes con Covid-19 en menos de un minuto.
El primer caso de Covid-19 se verificó en Corea del Sur entre el 19 y el 20 de enero pasado. Desde ese momento, Choi Kiyoung (ingeniero eléctrico por Stanford), antiguo profesor de la Universidad de Seul y actual ministro de Ciencia y TIC, se involucró directamente para combatir al nuevo coronavirus.
Así, investigadores de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Corea (KCDC), con estructura similar a los CDC de Atlanta (EE UU), anunciaron ya entonces que ponían en marcha un programa de investigación para la seguridad de las personas.
El objetivo era “facilitar la producción de kits de prueba rápida y reutilización de medicamentos”. Fruto de este programa ha sido el diseño y desarrollo del biosensor que describe en ACS Nano Seung Il Kim, biólogo molecular que trabaja en Korea Basic Science Institute, en el Parque Changkyun, en Daedeok (Daejon).
Está demostrado que el diagnóstico temprano es crítico para disminuir la propagación del SARS-CoV-2, el nuevo coronavirus que causa Covid-19. Y ha sido en la carrera científica (donde todos los investigadores tendrán premio) para desarrollar pruebas de diagnóstico para el virus que sean más rápidas, fáciles y precisas que las existentes, donde Corea del Sur se ha puesto en cabeza.
El actual diagnóstico de coronavirus por PCR se realizan en tres horas
Estos científicos han desarrollado un biosensor, basado en transistores de efecto de campo, que detecta al coronavirus SARS-CoV-2 en hisopos nasofaríngeos de pacientes con Covid-19, en menos de un minuto.
Actualmente, la mayoría de las pruebas de diagnóstico para Covid-19 se basan en la Reacción en Cadena de la Polimerasa de transcripción inversa en tiempo real (RT-PCR), que amplifica el ácido ribonucleico (ARN) del SARS-CoV-2 de los hisopos de los pacientes, para que se puedan detectar pequeñas cantidades del virus.
Con este método, que inventó el desaparecido investigador estadounidense Kary Mullis, por el que se le reconoció en 1993 con el Nobel de Química, los clínicos necesitan unas tres horas antes de ver el resultado. Ese tiempo incluye la preparación del ARN viral para el análisis.
El equipo coreano basó su prueba en un transistor de efecto de campo, una lámina de grafeno con alta conductividad electrónica. Los investigadores adjuntaron al grafeno anticuerpos contra la proteína de la punta del SARS-CoV-2.
Cuando añadieron la proteína de pico purificada del virus al sensor, la unión al anticuerpo originó un cambio en la corriente eléctrica. Posteriormente, probaron la técnica en hisopos nasofaríngeos recolectados de pacientes con Covid-19 y de personas sanas.
Sin ninguna preparación de muestra, el biosensor discriminó entre muestras de pacientes enfermos y sanos por coronavirus. Si bien, reconocen que la nueva prueba fue aproximadamente entre dos y cuatro veces menos sensible que la RT-PCR.
En este sentido se han apresurado a explicar que se podrían explorar diferentes materiales para mejorar la relación señal-ruido.
Biosensor, análisis de coronavirus en tiempo real
Un biosensor se puede definir -según el Instituto de Microelectrónica del CSIC– como un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células…), preparado para detectar específicamente una sustancia aprovechando la exquisita especificidad de las interacciones biomoleculares, y un transductor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y traducirla en una señal cuantificable.
Las dos partes del biosensor están integradas conjuntamente y es precisamente esta íntima unión de dos mundos opuestos (el vivo y el inerte) la que le confiere a los dispositivos biosensores sus especiales características de sensibilidad y selectividad.
Además de la sensibilidad y selectividad, una de las características fundamentales que hace tan atractivos a la mayoría de los biosensores es la posibilidad de realizar el análisis de la sustancia a determinar en tiempo real y de forma directa (sin necesidad de marcador), a diferencia de cualquier análisis biológico o clínico que requiere siempre un marcador (ya sea colorimétrico, fluorescente o radioactivo).
Estas dos características -explican desde este centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas- confieren a los biosensores la posibilidad de realizar no sólo un análisis cualitativo (si/no) y cuantitativo, sino también la posibilidad de evaluar la cinética de la interacción (constante de afinidad, asociación, disociación…) y, por tanto, elucidar los mecanismos fundamentales de dicha interacción.
