Een nieuwe luchtkwaliteitsmonitor kan bijna in realtime elke variant van het SARS-CoV-2-virus detecteren. Het eerste apparaat in zijn soort, dat bestaat uit een high-flow luchtmonsternemer en een op nanobody gebaseerde biosensor, zou ook kunnen worden aangepast om andere respiratoire pathogenen te detecteren, zoals griep, rhinovirus en respiratoir syncytieel virus (RSV), volgens zijn ontwikkelaars aan de Washington University in St. Louis, VS.

Hoewel we niet langer in de noodfase van de COVID-19-pandemie zitten, is het nog steeds belangrijk om te voorkomen dat mensen besmet raken, vooral als ze klinisch kwetsbaar zijn voor het coronavirus of de langetermijneffecten ervan. Een manier om dat te doen, is door binnenomgevingen te onderzoeken op het coronavirus - idealiter in realtime, zodat mensen de risico's kunnen evalueren en passende maatregelen kunnen nemen. "Er is op dit moment niets dat ons vertelt hoe veilig een kamer is", legt uit Johannes Cirrito, een WasU neuroloog en lid van het onderzoeksteam. “Als je met 100 mensen in een zaal zit, wil je niet vijf dagen later weten of je ziek zou kunnen zijn of niet. Het idee met dit apparaat is dat je in wezen in realtime, of elke vijf minuten, kunt weten of er een levend virus is.”

Micro-immuno-elektrode biosensor

Het nieuwe apparaat is een aanpassing van een micro-immuno-elektrode (MIE) biosensor die Cirrito en zijn collega-psychiater Carla Yuede eerder ontwikkeld om amyloïde bèta te detecteren, de plaquevormende aminozuren waarvan wordt gedacht dat ze betrokken zijn bij de ziekte van Alzheimer. Om deze biosensor gevoelig te maken voor SARS-CoV-2, verruilden Cirrito en Yuede het antilichaam dat zich bindt aan amyloïde bèta voor een nanobody verkregen uit lama's dat zich bindt aan het spike-eiwit van het coronavirus.

Hun volgende taak was om deze aangepaste sensor te combineren met een luchtmonsternemer. Hiervoor wendden ze zich tot Jozef Puthussery, een ingenieur in Rajan Chakrabarty's onderzoekslaboratorium voor complexe aerosolsystemen bij WashU. Omdat de niveaus van virussen in de binnenlucht doorgaans erg laag zijn, koos het team voor een monsternemer, een natte cycloon genaamd, die in korte tijd grote hoeveelheden lucht opneemt. Aerosolen komen met hoge snelheden deze sampler binnen en raken de bevochtigde binnenwanden, waardoor een neerwaartse wervelstroom ontstaat die alle in de lucht aanwezige virusdeeltjes vasthoudt.

Zodra het monster is verzameld, stuurt het apparaat het virus-vloeistofmengsel naar de MIE-biosensor met behulp van een geautomatiseerde vloeistofoverdrachtspomp. Yuede legt uit dat het SARS-CoV-2-virus zich vervolgens bindt aan nanobodies op de sensor, en een techniek genaamd vierkante golfvoltametrie wordt gebruikt om aminozuren genaamd tyrosines te oxideren die op het oppervlak van het virus zitten.

De sterkte van de resulterende oxidatiestroom is gerelateerd aan de hoeveelheid virus in het monster, en Chakrabarty zegt dat het apparaat gevoelig genoeg is om slechts 7-35 kopieën van viraal RNA in een kubieke meter lucht te detecteren. "Het is als het zoeken naar een speld in een hooiberg", merkt hij op. "Het hoge virusherstel door de natte cycloon kan worden toegeschreven aan het extreem hoge debiet van ongeveer 1000 liter per minuut, waardoor het een groter volume lucht kan bemonsteren gedurende een monsterverzameling van 5 minuten in vergelijking met in de handel verkrijgbare samplers."

Realtime voordelen

Een ander voordeel ten opzichte van commerciële samplers is de snelheid van het apparaat. "De op nanobody gebaseerde elektrochemische benadering is sneller in het detecteren van het virus omdat er geen reagens of veel verwerkingsstappen voor nodig zijn", legt Yuede uit.

Puthussery voegt eraan toe dat conventionele aërosolbemonstering uit twee hoofdstappen bestaat. Eerst worden monsters uit de lucht verzameld met behulp van op filters gebaseerde bemonstering of een deeltjes-in-vloeistof-sampler. Dit verzamelproces kan enkele tientallen minuten tot 24 uur of langer duren. Zodra de aerosolmonsters zijn verzameld, moeten ze zorgvuldig worden opgeslagen in een opslagcontainer van medische kwaliteit voor transport naar een testfaciliteit. Daar worden ze getest op het virus, meestal met behulp van de omgekeerde transcriptie-kwantitatieve polymerasekettingreactie (Rt-qPCR)-techniek.

Nieuwe blaastest test snel op COVID-19

Deze aanpak is tijdrovend, duur en heeft een slechte temporele resolutie. Het apparaat van het WashU-team daarentegen kan worden geprogrammeerd om op te lichten, te piepen of gewoon het ruwe biosensor-oxidatiestroomsignaal weer te geven wanneer het detecteert dat SARS-CoV-2 aanwezig is, waardoor gebruikers praktische stappen kunnen ondernemen, zoals het openen van ramen of het verhogen van de luchtstroom. op andere manieren. "De keuze van de melding zou locatiespecifiek zijn om geen paniek te zaaien onder de bewoners van het gebouw", zegt hij. "We hebben nog niet afgerond wat het ideaal zou zijn."

De onderzoekers zijn nu van plan hun biosensor te diversifiëren door verschillende doelspecifieke nanobodies toe te voegen, zodat deze andere veel voorkomende luchtwegpathogenen kan detecteren. Daarna gaan ze aan de slag om hun systeem te commercialiseren. "In een ziekenhuisomgeving zou de monitor kunnen worden gebruikt om stafylokokken of streptokokken te meten, die allerlei complicaties voor patiënten veroorzaken", zegt Cirrito. "Dit kan echt een grote impact hebben op de gezondheid van mensen."

Het nieuwe apparaat wordt beschreven in Nature Communications.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/air-quality-monitor-detects-coronavirus-in-near-real-time/