Naukowcy z Cornell University opracowali urządzenie bioelektryczne, które może wykrywać i klasyfikować nowe warianty koronawirusa, aby identyfikować te, które są najbardziej szkodliwe. Ma ono potencjał, aby robić to samo z innymi wirusami.

Narzędzie do pomiaru wykorzystuje błonę komórkową, zwaną biomembraną, na mikrochipie, który odtwarza środowisko komórkowe dla infekcji i jej biologiczne etapy. Umożliwia to naukowcom szybką charakterystykę wariantów budzących obawy i analizę mechanizmów, które napędzają rozprzestrzenianie się choroby, bez pogrążania się w złożoności systemów żywych.

„W wiadomościach widzimy, że te budzące obawy warianty pojawiają się okresowo, takie jak delta, omikron i tak dalej, i to trochę przeraża wszystkich. Pierwsze myśli to: „Czy moja szczepionka obejmuje ten nowy wariant? Jak bardzo powinnam się martwić?” — powiedziała Susan Daniel, profesor inżynierii chemicznej i starsza autorka artykułu opublikowanego w Komunikacja przyrodnicza„Trzeba trochę czasu, aby ustalić, czy wariant jest prawdziwym powodem do obaw, czy też po prostu zaniknie”.

Podczas gdy na mikrochipy wprowadzono wiele elementów biologicznych, od komórek po organelle i struktury przypominające organy, nowa platforma różni się od tych urządzeń, ponieważ w rzeczywistości odtwarza biologiczne sygnały i procesy, które prowadzą do zainicjowania infekcji na błonie komórkowej pojedynczej komórki. W efekcie oszukuje wariant, aby zachowywał się tak, jakby znajdował się w rzeczywistym systemie komórkowym swojego potencjalnego gospodarza.

„Potencjalnie może istnieć korelacja między tym, jak dobrze wariant może dostarczyć swój genom przez warstwę biomembrany, a tym, jak niepokojący może być ten wariant pod względem zdolności do zakażania ludzi” — powiedział Daniel. „Jeśli jest w stanie bardzo skutecznie uwolnić swój genom, być może jest to wskaźnik, że wariant budzący obawy powinien być czymś, co powinniśmy uważnie monitorować lub opracować nową szczepionkę, która go zawiera. Jeśli nie uwalnia go zbyt dobrze, być może ten wariant budzący obawy jest czymś mniej niepokojącym. Kluczową kwestią jest to, że musimy szybko klasyfikować te warianty, abyśmy mogli podejmować świadome decyzje, a możemy to zrobić naprawdę szybko za pomocą naszych urządzeń. Te testy trwają kilka minut i są „bezetykietowe”, co oznacza, że ​​nie trzeba faktycznie oznaczać wirusa, aby monitorować jego postęp”.

Ponieważ naukowcy potrafią wiernie odtworzyć warunki biologiczne i sygnały, które aktywują wirusa, mogą także zmieniać te sygnały i obserwować, jak wirus reaguje.

„Jeśli chodzi o zrozumienie podstawowej wiedzy naukowej na temat tego, jak dochodzi do zakażenia i jakie sygnały mogą mu pomóc lub utrudnić, jest to wyjątkowe narzędzie” — powiedział Daniel. „Ponieważ można rozdzielić wiele aspektów sekwencji reakcji i zidentyfikować czynniki sprzyjające lub utrudniające zakażenie”.

Platformę można dostosować do innych wirusów, takich jak grypa i odra, pod warunkiem, że naukowcy wiedzą, jaki typ komórek ma skłonność do zakażenia, a także jakie biologiczne idiosynkrazje pozwalają na rozwój konkretnej infekcji. Na przykład grypa wymaga spadku pH, aby uruchomić hemaglutyninę, a koronawirus ma enzym, który aktywuje białko kolca.

„Każdy wirus ma swój własny sposób działania. I musisz wiedzieć, jakie one są, aby odtworzyć proces infekcji na chipie” — powiedział Daniel. „Ale gdy już je poznasz, możesz zbudować platformę, która będzie dostosowana do każdego z tych konkretnych warunków”.

Współautorami są doktorantka Ambika Pachaury oraz Konstantinos Kallitsis i Zixuan Lu z Uniwersytetu Cambridge.

Badania były wspierane przez Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony (DARPA), Biuro Badań Armii, stypendium Cornell Smith Fellowship for Postdoctoral Innovation, program Schmidt Futures i Narodową Fundację Nauki.



Source link