Con la tecnología de sensores, un equipo multidisciplinar de investigadores de la Universidad de Harvard y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha diseñado una mascarilla inteligente, que detecta en una hora y media si el usuario se ha infectado por el SARS-CoV-2, que causa Covid-19.
Este equipo, dirigido por James Collins y Peter Nguyen, ha diseñado y probado el prototipo de máscara, que contiene diminutos sensores desechables, para detectar la presencia del agente patógeno y de otros virus, como explican en Nature Biotechnology.
Los sensores se basan en maquinaria celular liofilizada que el equipo de investigación ha desarrollado previamente para su uso en diagnósticos de virus como el Ébola y el Zika. En este trabajo, Nguyen y sus colaboradores demuestran que los sensores podrían adaptarse no solo en máscaras faciales, sino también en ropa como batas de laboratorio, lo que abre la puerta a una novedosa técnica de detectar la exposición de los trabajadores de la salud a una variedad de patógenos.
El profesor James Collins, del MIT y coordinador del estudio, detalla que “hemos demostrado que podemos liofilizar una amplia gama de sensores de biología sintética para detectar ácidos nucleicos virales o bacterianos, así como sustancias químicas tóxicas, incluidas las toxinas nerviosas. Esta plataforma podría habilitar biosensores portátiles de última generación para personal de atención médica y militares”.
Privacidad asegurada
Los sensores de la mascarilla inteligente, diseñados para que el usuario los pueda activar cuando esté listo para realizar la prueba, muestran los resultados solo en el interior de la máscara, para asegurar la privacidad.
Estos mini-sensores y la mascarilla facial de diagnóstico se basan en una tecnología que el profesor Collins comenzó a desarrollar hace varios años. En 2014, demostró que las proteínas y los ácidos nucleicos, necesarios para crear redes de genes sintéticos que reaccionen a moléculas diana específicas, podrían incrustarse en papel.
Así, utilizó esta estrategia para crear diagnósticos en papel para los virus del Ébola y Zika. En su trabajo con el laboratorio de Feng Zhang, en 2017, Collins desarrolló otro sistema de sensores sin células, conocido como SHERLOCK, que se basa en enzimas CRISPR y permite la detección altamente sensible de ácidos nucleicos.
Como se dice en el estudio, estos componentes del circuito sin células se liofilizan y permanecen estables durante muchos meses, hasta que se rehidratan. Cuando se activan con agua, pueden interactuar con su molécula objetivo, que puede ser cualquier secuencia de ARN o ADN, así como con otros tipos de moléculas, y producir una señal como un cambio de color.
Más recientemente, el profesor Collins empezó a trabajar en la incorporación de estos sensores en textiles, con el objetivo de crear una bata de laboratorio para los trabajadores de la salud u otras personas con posible exposición a patógenos.
Con este objetivo, Luis Ruben Soenksen construyó una pantalla tras analizar centenares de diferentes tipos de tejidos, desde algodón y poliéster hasta lana y seda, para averiguar cuál podría ser compatible con este tipo de sensor. “Terminamos identificando una combinación de poliéster y otras fibras sintéticas”, afirma el científico.
Biosensores en mascarilla ‘inteligente’
Para fabricar sensores portátiles, los investigadores incorporaron sus componentes liofilizados en una pequeña sección de este tejido sintético, rodeados por un anillo de elastómero de silicona. De esta forma, se evita que la muestra se evapore o se difunda fuera del sensor. Para demostrar la tecnología, los investigadores crearon una chaqueta con una treintena de estos mini sensores.
En este proceso, lograron demostrar que unas gotas con partículas virales, que imitan la exposición al patógeno de un paciente infectado, pueden hidratar los componentes celulares liofilizados y activar el sensor.
Los sensores pueden diseñarse para producir diferentes tipos de señales, incluido un cambio de color que se puede ver a simple vista, o una señal fluorescente o luminiscente, que se puede leer con un espectrómetro portátil. Los investigadores también diseñaron un dispositivo de este tipo, que podría integrarse en la tela, donde puede leer los resultados y transmitirlos de forma inalámbrica a un dispositivo móvil.
“Todo esto ofrece un ciclo de retroalimentación de información, que puede monitorear su exposición ambiental y alertar al usuario y a otras personas sobre la exposición y dónde se produjo”, puntualiza Peter Nguyen.
Cuando, a principios de 2020, estos investigadores terminaban su trabajo con los sensores portátiles, Covid-19 comenzó a extenderse por todo el mundo, por lo que de inmediato decidieron intentar utilizar esa tecnología para crear una prueba de diagnóstico para el SARS-CoV-2.
Mascarilla ‘inteligente’ de diagnóstico altamente sensible y rápido
Para producir su mascarilla facial inteligente de diagnóstico, los investigadores incorporaron sensores SHERLOCK liofilizados en una máscara de papel. Al igual que con los sensores portátiles, los componentes liofilizados se rodean de elastómero de silicona. En este caso, los sensores se colocaron en el interior de la mascarilla, para que puedan detectar partículas virales en el aliento de la persona que la lleva.
La mascarilla también incluye un pequeño depósito de agua que se libera con solo presionar un botón. Con ello se hidrata a los componentes liofilizados del sensor SARS-CoV-2, que analiza las gotas de aire acumuladas en su interior. En 90 minutos ya hay resultado.
Para Nguyen, “esta prueba es tan sensible como las PCR altamente sensibles y es tan rápida como las pruebas de antígeno que se utilizan para el análisis rápido de Covid-19”.
Entre los financiadores de este estudio figuran Defense Threat Reduction Agency; Paul G. Allen Frontiers Group; the Wyss Institute; Johnson and Johnson Innovation JLABS; the Ragon Institute of MGH, MIT and Harvard; y the Patrick J. McGovern Foundation.
