Air monitor pode detectar variantes do vírus COVID-19 em cerca de 5 minutos

Agora que a fase de emergência da pandemia do COVID-19 terminou, os cientistas estão procurando maneiras de vigiar ambientes internos em tempo real em busca de vírus. Combinando avanços recentes na tecnologia de amostragem de aerossóis e uma técnica de biossensor ultrassensível, pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis criaram um monitor em tempo real que pode detectar qualquer uma das variantes do vírus SARS-CoV-2 em uma sala em cerca de 5 minutos.

O dispositivo barato e de prova de conceito pode ser usado em hospitais e unidades de saúde, escolas e locais públicos para ajudar a detectar CoV-2 e potencialmente monitorar outros aerossóis de vírus respiratórios, como influenza e vírus sincicial respiratório (RSV). Os resultados de seu trabalho no monitor, que dizem ser o detector mais sensível disponível, foram publicados em Natureza Comunicações.

A equipe interdisciplinar de pesquisadores da McKelvey School of Engineering e da School of Medicine é composta por Rajan Chakrabarty, o Harold D. Jolley Career Development Associate Professor de energia, engenharia ambiental e química na McKelvey Engineering; Joseph Puthussery, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório de Chakrabarty; John Cirrito, professor de neurologia na Faculdade de Medicina; e Carla Yuede, professora associada de psiquiatria na Escola de Medicina.

“Não há nada no momento que nos diga o quão seguro é um quarto”, disse Cirrito. “Se você está em uma sala com 100 pessoas, não quer descobrir cinco dias depois se pode ficar doente ou não. A ideia com este dispositivo é que você pode saber essencialmente em tempo real, ou a cada 5 minutos, se houver um vírus vivo.”

Cirrito e Yuede já haviam desenvolvido um biossensor micro-imunoeletrodo (MIE) que detecta o beta-amilóide como um biomarcador para a doença de Alzheimer e se perguntou se ele poderia ser convertido em um detector para SARS-CoV-2. Eles procuraram Chakrabarty, que montou uma equipe que incluía Puthussery, que tinha experiência na construção de instrumentos em tempo real para medir a toxicidade do ar.

Para converter o biossensor de detecção de beta-amilóide em coronavírus, os pesquisadores trocaram o anticorpo que reconhece o beta-amilóide por um nanocorpo de lhamas que reconhece a proteína spike do vírus SARS-CoV-2. David Brody, MD, Ph.D., ex-membro do corpo docente do Departamento de Neurologia da Escola de Medicina e autor do artigo, desenvolveu o nanocorpo em seu laboratório no National Institutes of Health (NIH). O nanocorpo é pequeno, fácil de reproduzir e modificar e barato de fabricar, disseram os pesquisadores.

“A abordagem eletroquímica baseada em nanocorpos é mais rápida na detecção do vírus porque não precisa de um reagente ou de muitas etapas de processamento”, disse Yuede. “O SARS-CoV-2 se liga aos nanocorpos na superfície e podemos induzir a oxidação de tirosinas na superfície do vírus usando uma técnica chamada voltametria de onda quadrada para obter uma medição da quantidade de vírus na amostra”.

Chakrabarty e Puthussery integraram o biossensor em um amostrador de ar que opera com base na tecnologia de ciclone úmido. O ar entra no amostrador em velocidades muito altas e se mistura centrifugamente com o fluido que reveste as paredes do amostrador para criar um vórtice de superfície, prendendo assim os aerossóis do vírus. O amostrador de ciclone úmido possui uma bomba automatizada que coleta o fluido e o envia ao biossensor para detecção contínua do vírus usando eletroquímica.

“O desafio com os detectores de aerossol no ar é que o nível de vírus no ar interno é tão diluído que chega até o limite de detecção da reação em cadeia da polimerase (PCR) e é como encontrar uma agulha no palheiro”, disse Chakrabarty. “A alta recuperação de vírus pelo ciclone úmido pode ser atribuída à sua taxa de fluxo extremamente alta, que permite a amostragem de um volume maior de ar em uma coleta de amostra de 5 minutos em comparação com os amostradores disponíveis comercialmente”.

A maioria dos amostradores de bioaerossol comerciais operam em taxas de fluxo relativamente baixas, disse Puthussery, enquanto o monitor da equipe tem uma taxa de fluxo de cerca de 1.000 litros por minuto, tornando-o um dos dispositivos de maior taxa de fluxo disponíveis. Ele também é compacto com cerca de 30 centímetros de largura e 25 centímetros de altura e acende quando um vírus é detectado, alertando os administradores para aumentar o fluxo de ar ou a circulação na sala.

A equipe testou o monitor nos apartamentos de dois pacientes com COVID-positivo. Os resultados de PCR em tempo real de amostras de ar dos quartos foram comparados com amostras de ar coletadas de uma sala de controle livre de vírus. Os dispositivos detectaram o RNA do vírus nas amostras de ar dos quartos, mas não detectaram nenhum nas amostras de ar de controle.

Em experimentos de laboratório que aerossolizaram o SARS-CoV-2 em uma câmara do tamanho de uma sala, o ciclone úmido e o biossensor foram capazes de detectar níveis variados de concentrações de vírus no ar após apenas alguns minutos de amostragem.

“Estamos começando com SARS-CoV-2, mas há planos para também medir influenza, RSV, rinovírus e outros patógenos importantes que infectam pessoas rotineiramente”, disse Cirrito. “Em um ambiente hospitalar, o monitor pode ser usado para medir estafilococos ou estreptococos, que causam todos os tipos de complicações para os pacientes. Isso pode realmente ter um grande impacto na saúde das pessoas.”

A equipe está trabalhando para comercializar o monitor de qualidade do ar.