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Platform for ultra-sensitive Point-of-Care diagnostics for Infectious Diseases

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Un nuovo sensore rileva le malattie infettive in 6 minuti

In un mondo in cui l’aumento della resistenza microbica si combina con il turismo globale, una diagnosi accurata e tempestiva può essere fondamentale nella lotta contro le malattie infettive. Alcuni ricercatori dell’UE hanno sviluppato un sensore point-of-care per agevolare una terapia rapida, accurata e appropriata.

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Il progetto PoC-ID ha sviluppato nuovi sensori basati sulla microelettronica in un dispositivo da banco di diagnostica in vitro (PoC-ID) point-of-care. «La piattaforma promette vantaggi per i pazienti consentendo una diagnosi rapida e un trattamento corretto, riducendo al contempo i costi sanitari», sottolinea la dott.ssa Tanja Braun, coordinatrice del progetto. Le applicazioni del dispositivo PoC-ID comprendono la diagnosi, il monitoraggio delle risposte terapeutiche, la ricerca dell’interazione patogeno-ospite e la medicina personalizzata. Inoltre, la piattaforma può essere facilmente adattata a diversi scopi di bio-rilevamento, come nel monitoraggio sanitario/ambientale o nei test di qualità degli alimenti. Il team del progetto ha sviluppato l’innovativo prototipo PoC per la diagnosi dell’infezione da virus respiratorio sinciziale (VRS), in particolare per i bambini. Rispetto all’attuale standard incentrato esclusivamente sul rilevamento degli agenti patogeni, il dispositivo utilizza un approccio dirompente misurando sia il patogeno infettivo sia la risposta dell’ospite. Ciò consente la discriminazione degli agenti patogeni causali clinicamente rilevanti dagli agenti patogeni che potrebbero essere presenti, ma senza arrecare danni. I nuovi sensori utilizzano una combinazione di nanomembrane e molecole di cattura ingegnerizzate molecolarmente (L-aptameri). Il team del progetto ha impiegato questi elementi per rendere altamente specifica la risposta di un transistor a effetto di campo in grafene (BioGrFET) e di un sistema microelettromeccanico (BioMEMS) verso gli obiettivi biologici. Sono stati sviluppati L-aptameri contro tre molecole bersaglio identificate, che sono indotte nelle secrezioni respiratorie in seguito a VRS. Uno di questi è il fattore di risposta dell’ospite interleuchina 8. L’immobilizzazione di L-aptameri è stata abilitata da una nanomembrana di carbonio (CNM, Carbon NanoMembrane), che regola la risposta di un BioGrFET ultra sensibile che copre la gamma clinicamente più rilevante di interleuchina 8. È stato inoltre esplorato il valore clinico dei marker infiammatori presenti nel tampone rinofaringeo durante l’infezione da VRS. «È importante sottolineare che è stato confermato che l’interleuchina 8 risulta essere un biomarcatore in grado di distinguere i bambini con malattia moderata da quelli con malattia grave, al fine di determinare chi necessiti di cure ospedaliere di supporto», spiega la dott.ssa Braun. I costi dei nuovi sensori monouso sono alquanto bassi, non essendo necessari costosi tamponi o enzimi biologicamente attivi per il rilevamento. Inoltre, a volumi elevati, le spese saranno bassissime grazie alla progettazione del flusso di produzione microelettronico. «Il rilevamento è rapido e multiplato grazie alla lettura elettrica parallela», sottolinea la dott.ssa Braun. Ulteriori progressi sono stati realizzati in termini di usabilità e velocità di analisi dei dati derivanti dall’integrazione di sensori, elettronica di lettura e microfluidica in una piattaforma PoC intuitiva. Sono state depositate due domande di brevetto internazionale sull’immobilizzazione di oligonucleotidi su CNM. L’uso di CNM rivestite con aptamero strettamente aderente al grafene consente di mantenere gli aptameri attaccati alla superficie in grafene che altrimenti non possono essere funzionalizzati senza perdere le loro eccezionali proprietà elettriche, mantenendo inoltre l’affinità target degli aptameri. È stata inoltre depositata una domanda di brevetto relativa all’L-aptamero legante l’interleuchina 8. Utilizzando questa molecola, è stata raggiunta la prova di concetto della possibilità di rilevare una biomolecola con il sensore BioGrFET che impiega un nanointerpositore CNM. Concentrandosi sull’applicazione nella sola clinica, la dott.ssa Braun riassume l’importanza di questo rivoluzionario sensore. «La nuova piattaforma supporterà la prevenzione e il controllo della diffusione dei patogeni e consentirà un trattamento del paziente più rapido e personalizzato».

Parole chiave

PoC-ID, sensore, nanomembrana di carbonio (CNM), virus respiratorio sinciziale (VRS), aptamero, transistor a effetto di campo in grafene biologicamente attivo (BioGrFET), terapia, spiegelmer, medicina personalizzata

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