Uso de un teléfono inteligente para detectar norovirus

Un poco de norovirus, el microbio altamente infeccioso que causa alrededor de 20 millones de casos de intoxicación alimentaria en los Estados Unidos cada año, llega muy lejos. Solo 10 partículas del virus pueden causar enfermedades en humanos. Un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona ha creado un método simple, portátil y económico para detectar niveles extremadamente bajos de norovirus.

Jeong-Yeol Yoon, investigador del Departamento de Ingeniería Biomédica; Soo Chung, estudiante de doctorado en ingeniería de biosistemas que trabaja en el laboratorio de biosensores de Yoon; y Kelly A. Reynolds, presidente del Departamento de Comunidad, Medio Ambiente y Políticas de la Facultad de Salud Pública Mel & Enid Zuckerman, dirigieron el proyecto. El equipo publicó sus resultados en ACS Omegala revista oficial de la American Chemical Society, y Yoon presentará la investigación en la Reunión y Exposición Nacional de Otoño de 2019 de la ACS en San Diego esta semana.

“Los avances en el monitoreo rápido de virus humanos en el agua son esenciales para proteger la salud pública”, dijo Reynolds. “Esta tecnología de monitoreo rápido y de bajo costo de la calidad del agua podría ser una herramienta transformadora para reducir la carga de enfermedades tanto locales como globales”.

El Centro de Tecnología Ambiental y del Agua de la Fundación Nacional de Ciencias de la UA y Tucson Water proporcionaron fondos para esta investigación. Si bien el norovirus a menudo se asocia con los cruceros, también puede propagarse rápidamente a través de una comunidad a través de su suministro de agua. Provoca unas 200.000 muertes en todo el mundo cada año.

Mantener los componentes simples

Ya existen dispositivos para detectar el norovirus en pequeñas cantidades, pero generalmente requieren un entorno de laboratorio con una serie de microscopios, láseres y espectrómetros que pueden costar miles de dólares. Para detectar el norovirus en el campo, como en cruceros o en pozos de agua municipales, el equipo decidió usar materiales mucho más simples: papel, en forma de chips microfluídicos, y un teléfono inteligente.

“El sustrato de papel es muy barato y fácil de almacenar, y podemos fabricar estos chips fácilmente”, dijo Chung. “La estructura fibrosa del papel también permite que el líquido fluya espontáneamente sin utilizar los sistemas de bombeo que normalmente requieren otros chips, como los chips de silicio”.

Sin embargo, los científicos generalmente detectan contaminantes en los chips midiendo la dispersión y el reflejo de la luz en una muestra, y la porosidad y opacidad del papel pueden causar una dispersión de fondo que interfiere con las imágenes y dificulta la detección de concentraciones muy pequeñas de un virus. Entonces, el grupo desarrolló una nueva forma de detectar el norovirus, contando perlas fluorescentes en lugar de medir la intensidad de la luz.

El proceso comienza con la adición de agua potencialmente contaminada a un extremo de un chip microfluídico de papel. En el otro extremo, un probador agrega pequeñas perlas de poliestireno fluorescentes (imagínese las pequeñas bolas blancas dentro de una bolsa de frijoles, son del mismo material, pero mucho más pequeñas). Cada perla está unida a un anticuerpo contra el norovirus. Si el norovirus está presente, varios de los anticuerpos se adhieren a cada partícula de virus, creando un pequeño grupo de perlas fluorescentes.

“Las partículas de norovirus son demasiado pequeñas para ser reflejadas por el microscopio de un teléfono inteligente, al igual que los anticuerpos”, dijo Yoon. “Pero cuando tienes dos o tres o más de estas cuentas unidas, eso indica que el norovirus está allí, lo que hace que las cuentas se agreguen”.

Estos grupos de cuentas son lo suficientemente grandes como para que el microscopio de un teléfono inteligente los detecte y fotografíe. Luego, una aplicación para teléfonos inteligentes que crearon los investigadores cuenta la cantidad de píxeles iluminados en la imagen para identificar la cantidad de perlas agregadas y, posteriormente, la cantidad de partículas de norovirus en la muestra. Esa es otra ventaja del chip de papel: a través de la acción capilar, los grupos de cuentas se extienden a lo largo del papel, haciéndolos más fáciles de contar. El componente más caro de todo el dispositivo, el microscopio del teléfono inteligente, cuesta menos de $50. También es fácil de usar.

“No es necesario ser científico o ingeniero para hacer funcionar el dispositivo”, dijo Yoon. “La aplicación del teléfono inteligente realizará el análisis automáticamente, por lo que solo tiene que preocuparse de cargar una muestra de agua en el chip”.

En el futuro, el equipo espera desarrollar métodos para detectar infecciones de norovirus en pacientes incluso antes, y expandir su plataforma de monitoreo de teléfonos inteligentes para detectar otros peligros, como sustancias químicas potencialmente cancerígenas. También planean difundir el uso de la plataforma en todo el mundo, combatiendo y detectando enfermedades de largo alcance con herramientas que están igualmente extendidas.