Быстрые, дешевые и точные тесты по-прежнему необходимы для эпидемиологического надзора и служб здравоохранения для мониторинга и сдерживания распространения SARS-CoV-2. Бразильские ученые внесли свой вклад в исследования в этой области, разработав электрохимический иммуносенсор, который обнаруживает антитела против вируса. Инновация описана в статье, опубликованной недавно в журнале ACS Biomaterials Science and Engineering.

В поисках нового метода диагностики группа выбрала материал, часто используемый в металлургии — оксид цинка — и впервые объединила его со стеклом из легированного фтором оксида олова (FTO), проводящим материалом, используемым в электродах для фотовольтаики и других передовых применений.

"С помощью этой необычной комбинации и добавления биомолекулы, белка вирусного шипа, мы разработали поверхность, способную обнаруживать антитела против SARS-CoV-2. Результат отображается в виде электрохимического сигнала, улавливаемого этой поверхностью", - сказал химик Вендель Алвес, ведущий автор статьи. Алвес является профессором Центра естественных и гуманитарных наук Федерального университета ABC (UFABC), штат Сан-Паулу.

Электрод, изготовленный исследователями, обнаружил антитела к COVID-19 в сыворотке крови примерно за пять минут с чувствительностью 88,7% и специфичностью 100%, превосходя даже иммуноферментный анализ (ELISA), являющийся в настоящее время золотым стандартом клинического диагностического инструмента.

По словам Алвеса, который возглавляет лабораторию электрохимии и наноструктурированных материалов UFABC, предварительные знания о химических свойствах, таких как изоэлектрическая точка спайкового белка (ов) вируса, позволили группе разработать платформу для электростатического связывания S с наностержнями оксида цинка. Оксид цинка все чаще используется для изготовления биосенсоров из-за его универсальности и уникальных химических, оптических и электрических свойств.

Иммуносенсор прост в изготовлении и использовании, а стоимость его производства относительно невелика. "Группа преуспела в разработке устройства благодаря своим глубоким знаниям в области новых материалов и синтеза наностержней оксида цинка", - сказал Алвес. Наностержни образуют пленку на проводящей поверхности FTO, создавая благоприятную молекулярную микросреду для иммобилизации белка S и делая конструкцию простым способом обнаружения этих антител.

Теперь исследователи адаптируют платформу, чтобы сделать ее портативной и подключаемой к мобильным устройствам для использования в диагностике COVID-19 и других инфекционных заболеваний.

Анализ и будущее использование

Всего было проанализировано 107 образцов сыворотки крови. Они были разделены на четыре группы: предпандемические (15), выздоравливающие от COVID-19 (47), вакцинированные без предыдущих положительных результатов на заболевание (25) и вакцинированные после положительного результата (20). Вакцина представляла собой две дозы коронавака, вводимые с интервалом в четыре недели. КоронаВак производится китайской компанией Sinovac в партнерстве с Институтом Бутантан (штат Сан-Паулу).

Авторы статьи — исследователи, связанные с UFABC и Институтом сердца (INCOR), который находится в ведении Медицинской школы Университета Сан-Паулу (FM—USP), - отмечают, что устройство обнаруживает антитела, вырабатываемые в ответ как на заражение вирусом, так и на вакцинацию, и демонстрирует отличный потенциал в качестве инструмент для мониторинга сероконверсии и серопревалентности. Они подчеркивают, что выявление реакции на вакцинацию важно для того, чтобы помочь органам общественного здравоохранения оценить эффективность различных вакцин и кампаний или программ иммунизации.

Устройство было одобрено для выявления иммунитета, вызванного коронаваком, но группа планирует расширить его использование для тестирования реакции на вакцины Pfizer и AstraZeneca.

Одним из преимуществ разработанного ими электрода является его гибкая архитектура, что означает, что его можно легко адаптировать для других диагностических и биомедицинских применений с использованием различных биомолекул на наностержнях оксида цинка и других целевых аналитов.

"Эта технология представляет собой универсальную платформу для биосенсорики. Разработанный нами, он может быть модифицирован и настроен для серологического выявления других заболеваний, представляющих интерес для общественного здравоохранения", - сказал Алвес.