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Los rayos X podrían ayudar a realizar pruebas de COVID-19 rápidas y fiables

Una técnica de obtención de imágenes impulsada por Berkeley Lab está ayudando a revelar los mejores anticuerpos para la detección de la COVID-19 .

Anticuerpos COVID-19

Los modelos moleculares construidos a partir de los datos de rayos X muestran diferentes anticuerpos unidos a la proteína nucleocápsida del SARS-CoV-2 (rosa). Los científicos determinaron que la disposición lineal (derecha) tiene una mayor sensibilidad de detección que la disposición sándwich (izquierda). Foto: Laboratorio de Berkeley

EurekaAlert | DOE/LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY

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Las vacunas están cambiando el rumbo de la pandemia, pero el riesgo de infección sigue presente en algunas situaciones. Si desea visitar a un amigo, subirse a un avión o ir a ver una película , no existe una prueba instantánea de alta precisión que pueda decirle en ese mismo momento si tiene o no una infección por SARS-CoV-2 . Pero una nueva investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) podría ayudar a obtener pruebas instantáneas confiables en el mercado.

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Un estudio dirigido por Michal Hammel y Curtis D. Hodge sugiere que se podría desarrollar un ensayo de flujo lateral altamente sensible, el mismo tipo de dispositivo que se usa en las pruebas de embarazo caseras, utilizando pares de anticuerpos rígidos que se unan a la proteína de la nucleocápsida del SARS-CoV-2. . Dicha prueba solo requeriría una pequeña gota de moco o saliva, podría dar resultados en 15 minutos y podría detectar una infección por COVID-19 un día antes de la aparición de los síntomas . Su trabajo fue publicado en la revista mABs .

Las pruebas estándar estelares actuales para COVID-19 utilizan una forma de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para identificar la presencia de ácido nucleico (ARN) del SARS-CoV-2 en lugar de una proteína viral. Son bastante precisos, con tasas de falsos negativos que oscilan por debajo del 5% (dependiendo principalmente del sitio de muestreo, el tipo de muestra y la etapa de la infección) . Sin embargo, las pruebas de PCR deben enviarse para su análisis en un laboratorio acreditado.

Las pruebas rápidas de antígenos utilizan anticuerpos para detectar partes específicas de la propia partícula viral. Las pruebas de antígenos actuales tienen una tasa muy baja de falsos positivos, pero están plagadas de altas tasas de falsos negativos y, por lo tanto, no pueden reemplazar las pruebas de PCR para el diagnóstico definitivo de COVID-19. Si se lanzara al mercado una prueba de antígeno más precisa, podría servir como una útil herramienta de detección inicial similar a cómo funcionan las pruebas de embarazo caseras. En el caso de un resultado positivo, el usuario debería tomar las medidas de precaución adecuadas (aislamiento y otras conductas de prevención de la transmisión) y luego confirmar el diagnóstico mediante una prueba oficial en una clínica de salud.

"A medida que avanzamos hacia la normalidad y la reapertura de las economías en todo el mundo, existe una demanda continua de pruebas rápidas y de bajo costo que puedan autoadministrarse sin la necesidad de un profesional capacitado ", dijo Hammel, biofísico del Área de Biociencias de Berkeley Lab. "Las pruebas de PCR de COVID-19 que se utilizan actualmente son caras, alrededor de $ 100 por prueba, y en promedio, los laboratorios de EE. UU. Están realizando un millón de pruebas por día . Una prueba rápida de antígenos precisa podría costar $ 1 cada una y eliminar el tiempo de espera".

Hammel, Hodge y sus colegas utilizaron la dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) realizada en la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab para examinar aproximadamente 20 interacciones anticuerpo-antígeno. Sus datos mostraron que un par particular de anticuerpos monoclonales se unían a la proteína de la nucleocápside de manera muy fuerte y estable, en parte debido a la rigidez de los anticuerpos. Todos los anticuerpos varían en su grado de rigidez según la secuencia de aminoácidos de sus "brazos", que son la parte de las moléculas en forma de Y que se unen a los antígenos. "También se observó que la combinación de los dos anticuerpos rígidos aumenta la creación de redes, un proceso en el que múltiples anticuerpos unidos al mismo antígeno en diferentes sitios forman grupos o 'redes' más grandes", explicó Hodge, investigador postdoctoral y primer autor del estudio. .

Se sabe que la red de anticuerpos y la alta estabilidad de unión mejoran la sensibilidad de los ensayos de flujo lateral , y los investigadores han especulado durante mucho tiempo que la flexibilidad de los anticuerpos juega un papel en ambas propiedades. Pero estudiar la dinámica física de los pares anticuerpo-antígeno para encontrar los anticuerpos más efectivos es muy difícil con las técnicas de imagen tradicionales, que requieren que las moléculas se estabilicen o cristalicen. La técnica SAXS desarrollada por Hammel y sus colegas permite a los científicos examinar anticuerpos y antígenos en su estado natural, es decir, cuando se mueven libremente en un líquido.

"Demostramos que podemos identificar rápidamente nuevos pares de anticuerpo-antígeno que dan como resultado un ensayo de detección más sensible ", dijo Hammel. "Esta técnica podría aplicarse a cientos de anticuerpos en un corto período de tiempo para identificar los más adecuados para lograr la sensibilidad aún no obtenida de los diagnósticos actuales, que son clave para la detección temprana de SARS-CoV-2 ".

El equipo ahora está investigando métodos para mejorar aún más la sensibilidad de las pruebas.

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Este trabajo fue financiado a través del Laboratorio Nacional de Biotecnología Virtual (NVBL), un consorcio de laboratorios nacionales del DOE con capacidades centrales relevantes para las amenazas planteadas por COVID-19, y financiado bajo la Ley de Ayuda, Alivio y Seguridad Económica para el Coronavirus (CARES) . La ALS es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias.

Fundado en 1931 con la convicción de que los equipos afrontan mejor los mayores desafíos científicos, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y sus científicos han sido reconocidos con 14 premios Nobel. En la actualidad, los investigadores de Berkeley Lab desarrollan soluciones medioambientales y de energía sostenibles, crean nuevos materiales útiles, hacen avanzar las fronteras de la informática y exploran los misterios de la vida, la materia y el universo. Los científicos de todo el mundo confían en las instalaciones del laboratorio para realizar sus propios descubrimientos científicos . Berkeley Lab es un laboratorio nacional de varios programas, administrado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU.

La Oficina de Ciencias del DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite energy.gov/science .

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