Diagnostica dei virus basata sulle proprietà fisiche
Solitamente, i virus nei campioni biologici sono rilevati con metodi sierologici o mediante l’amplificazione degli acidi nucleici con la tecnica della reazione a catena della polimerasi. Tuttavia, l’alto tasso di mutazione dei virus a RNA richiede una costante riprogettazione di questi strumenti diagnostici per una rilevazione accurata.
Un sensore per misurare i parametri fisici dei microrganismi
Il progetto VIRUSCAN, finanziato dall’UE, ha sviluppato un metodo in grado di rilevare le proprietà fisiche intrinseche dei virus, come la massa e la rigidità. «Le proprietà fisiche dei virus sono altamente conservate nel corso dell’evoluzione poiché regolano la loro infettività», spiega Javier Tamayo, coordinatore del progetto. I virus proteggono il loro genoma di acido nucleico in un guscio proteico (virus non rivestiti) o in un involucro lipidico e lo rilasciano al momento dell’interazione con l’ospite. I segnali meccanici dell’ospite o i meccanismi virali intrinseci possono modificare le proprietà fisiche delle particelle virali, come la rigidità, per favorire l’ingresso del virus. I progressi nei sistemi nanomeccanici dimostrano la possibilità di misurare la rigidità e la massa come parametri distinti su scala nanometrica. Questi progressi hanno permesso al team del progetto VIRUSCAN di progettare e realizzare dispositivi optomeccanici per misurare le proprietà fisiche dei virus. Il sensore generato si è rivelato in grado di individuare particelle virali e batteri singoli e di misurarne i parametri fisici, richiedendo solo la regolazione della concentrazione come pretrattamento del campione.
Database batterici e virali per aiutare la diagnosi
I ricercatori hanno orientato i loro studi sulle particelle virus simili che rispecchiano le caratteristiche biofisiche del virus SARS-CoV-2, dei norovirus, del papillomavirus umano e del virus Ebola. Insieme allo screening di vari microrganismi in campioni umani, ciò ha portato alla generazione di due database completi delle proprietà biofisiche di virus e batteri. Complessivamente, le informazioni non solo hanno permesso al team di registrare la massa e la rigidità di una serie di virus, ma anche di associare la rigidità e l’infettività dei virioni. In futuro, l’utilizzo dei database come riferimento dovrebbe aiutare i medici a diagnosticare le infezioni in modo accurato.
Potenziali applicazioni e prospettive future di VIRUSCAN
Si prevede che la diffusione del dispositivo VIRUSCAN porterà vantaggi ai pazienti, in quanto consentirà diagnosi rapide e accurate a costi contenuti. Il dispositivo contribuirà a limitare la prescrizione di antibiotici inefficaci e faciliterà i trattamenti personalizzati per una pronta risoluzione dell’infezione. Inoltre, VIRUSCAN può aiutare a rispondere prontamente a situazioni di emergenza come le epidemie di virus Ebola e Zika, riducendo al minimo la diffusione. Altre applicazioni includono lo screening rapido delle donazioni di sangue prima della trasfusione e il monitoraggio della resistenza agli antibiotici, che sta diventando una grave emergenza sanitaria. «Il nostro obiettivo è far progredire ulteriormente questa tecnologia per riuscire a rilevare gli agenti patogeni trasmessi per via aerea, come le spore fungine e virus come SARS CoV-2, direttamente mediante la raccolta di campioni d’aria, come parte di un sistema di allarme da installare in ambienti di rilevanza critica, quali gli ospedali, durante le pandemie», sottolinea Tamayo. La tecnologia non si limita all’identificazione di agenti patogeni, ma può essere implementata in applicazioni nanotecnologiche per lo studio delle proprietà delle nanoparticelle e dei sistemi di somministrazione di farmaci basati su nanoparticelle. Inoltre, VIRUSCAN ha il potenziale per influenzare positivamente i settori della ricerca energetica e ambientale, nonché l’industria alimentare per il monitoraggio di varie molecole come proteine ed enzimi.
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