El Síndrome Respiratorio Agudo Severo Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pertenece a la Coronaviridae familia. Estos virus contienen un solo genoma de vertebrados de ácido ribonucleico monocatenario (ARNss) no segmentado.
El virus ARN puede detectarse mediante técnicas de reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (RT-PCR); un inconveniente importante de esta técnica es el mayor tiempo necesario para la detección.
Estudiar: Biosensor inteligente y emergente basado en nanomateriales para la detección de SARS-CoV-2. Crédito de la imagen: Nhemz/Shutterstock
Recientemente, muchos aspectos de la técnica RT-PCR se han modificado para hacerla altamente específica para el virus SARS-CoV-2 mediante la determinación de sus objetivos específicos. Sin embargo, existe una necesidad inmediata de métodos nuevos, rápidos y económicos para la detección del SARS-CoV-2.
Los biosensores tienen ventajas adicionales para identificar virus de ARN mediante la utilización de nanopartículas conjugadas con aptámero, nanopartículas basadas en Au-Ag, tiras de papel basadas en CRISPR-Cas9 y biosensores electroquímicos de resonancia de plasmón superficial y se muestran prometedores al servir como una herramienta portátil para diagnosticar SARS-CoV- 2.
Una nueva revisión publicada en el Materiales Letras tuvo como objetivo destacar los diferentes nanomateriales inteligentes y emergentes utilizados para detectar el SARS-CoV-2.
El presente artículo también discutió las estrategias de diagnóstico actuales, los biomarcadores y las perspectivas futuras de los nanomateriales inteligentes y emergentes para la fabricación de biosensores.
Fondo
Los datos anteriores sugieren que se pueden usar enormes biomarcadores para la detección del SARS-CoV-2. Numerosos biomarcadores de varios virus, como el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) y el virus de la influenza, albergan cebadores especiales y pueden expresarse completamente mediante ensayos de RT-PCR. Estos tienen una alta sensibilidad hacia la detección de SARS-CoV-2.
Las cuatro proteínas estructurales, a saber: matriz (M), espiga (S), nucleocápsida (N) y envoltura (E), se utilizan como antígenos en el diagnóstico del SARS-CoV-2. Las pruebas de anticuerpos específicos también son útiles en la detección del SARS-CoV-2. Estos anticuerpos se desarrollan naturalmente a partir de la respuesta inmunitaria adaptativa de los pacientes infectados a través del proceso conocido como inmunidad activa. Los anticuerpos se unen a la proteína S y neutralizan la capacidad infecciosa del virus y también impiden la progresión de la enfermedad al impedir la interacción viral con los receptores de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2).
También se pueden desarrollar anticuerpos contra las proteínas de pico; este proceso se conoce como «inmunidad pasiva». El ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) de proteínas S se puede utilizar para medir los anticuerpos contra el SARS-CoV-2.
Los biosensores pueden servir como herramientas alternativas para la detección de biomarcadores de anticuerpos contra el SARS-CoV-2, ya que ofrecen alta precisión, respuesta rápida, sensibilidad mejorada, portabilidad y selectividad. Además, estos métodos son menos sensibles a la técnica y brindan conocimiento sobre las tendencias críticas y la gravedad de la infección.
Últimos desarrollos en nanomateriales
Los últimos nanomateriales inteligentes que se utilizan para aplicaciones de biodetección de la infección por SARS-CoV-2 son: óxidos metálicos, nanomateriales a base de carbono, dicalcogenuro de metales de transición, puntos cuánticos, nanocompuestos a base de polímeros, entre otros. Las propiedades únicas de estos nanomateriales y sus compuestos para la fabricación de biosensores son: tamaño pequeño, generación de señales, extinción y amplificación de señales.
Entre las nanopartículas metálicas, la biodetección de infecciones virales se realiza principalmente mediante nanopartículas de oro. Las ventajas incluyen: biocompatibilidad, capacidad de carga mejorada de bioanalito y propiedades electrocatalíticas. Las nanopartículas de oro pudieron detectar el antígeno en 30 minutos a partir de muestras humanas, y los resultados obtenidos estuvieron completamente de acuerdo con las pautas de la OMS. Además, cuando se utilizaron nanopartículas de poliestireno dopadas con lantánidos para detectar IgG anti-SARS-CoV-2 en suero humano, los resultados obtenidos fueron comparables a los de la técnica RT-PCR.
El grafeno es un excelente nanomaterial; Se fabricó un biosensor basado en un transistor de efecto de campo (FET) utilizando una capa de lámina de grafeno para detectar anticuerpos específicos. Mientras tanto, el grafeno decorado con Au de efecto de campo nanosensores también se desarrollaron para identificar rápidamente el virus SARS-CoV-2. Además, se desarrolló un inmunosensor utilizando la combinación de grafeno-FET con interacción antígeno-anticuerpo para la detección en tiempo real de la proteína de punta del SARS-CoV-2. El grafeno y sus derivados, debido a su alta conductividad y buena biocompatibilidad, se consideran candidatos esenciales para aplicaciones de biodetección avanzada para pruebas en el punto de atención (POCT).
Nanotubos de carbono (CNT): hechos de láminas de grafeno, muestran propiedades mecánicas, electrónicas y térmicas sobresalientes. Estos se utilizaron para desarrollar un sistema de identificación rápida utilizando un mecanismo de infrarrojo cercano. También se intentó la inactivación del virus mediante superficies de inhibición con CNT de pared simple decorados con metales para la adsorción de H2O2. Los CNT superan los inconvenientes de los sensores basados en grafeno, como la migración de portadores.
Los dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) están emergiendo como excelentes materiales para la biodetección. Poseen propiedades ópticas, electrónicas, mecánicas y magnéticas y generan grandes espacios de banda y una mejor intensidad de la señal. Entre estos, el disulfuro de molibdeno (MoS2) ofrece una tasa de transferencia de electrones rápida, conductividad y viabilidad superiores, junto con biocompatibilidad y estabilidad.
Los puntos cuánticos son diminutos nanocristales semiconductores que pueden convertir el espectro de luz en varios colores. Muestran una excelente fluorescencia, confinamiento cuántico y energía de banda sintonizable. Se ha demostrado que son sondas fluorescentes novedosas para la obtención de imágenes moleculares. Además, los puntos cuánticos a base de carbono se han identificado como un agente eficaz de inactivación de virus. Además, los nanocompuestos de puntos cuánticos de sulfuro de cadmio y nitruro de carbono grafítico podrían determinar el dominio de unión al receptor (RBD) del SARS-CoV-2. Además, se pueden utilizar para etiquetar la envoltura del virus, mientras que los nuevos puntos cuánticos basados en fluorescencia pueden ayudar a desarrollar métodos de diagnóstico avanzados.
Se han utilizado polímeros impresos molecularmente (MIP) para detectar múltiples virus. Son prometedores como tecnología de sensores del futuro, ya que podrían ser rentables, respetuosos con el medio ambiente, rápidos, sensibles, selectivos y específicos.
Los electrodos serigrafiados (SPE) se modifican fácilmente con nanomateriales y confieren mejores prestaciones electroanalíticas y sensibilidad. Los electrodos de grafeno serigrafiados (SPGE) muestran propiedades electroquímicas superiores a otros materiales basados en electrodos.
Conclusión
En resumen, los nanomateriales inteligentes y emergentes se han convertido en componentes esenciales de las ciencias biomédicas. Los nanomateriales ofrecen adsorción, gran área superficial y alta reactividad y sirven como excelentes biosensores. Los biosensores pueden servir como poderosas herramientas analíticas que pueden proporcionar una comprensión detallada de las tendencias críticas y la gravedad de las condiciones del SARS-CoV-2 y pueden ayudar en el diagnóstico temprano y rápido de la infección.
