Progettare un futuro più sicuro contro le malattie infettive

Abbiamo fatto molta strada nei 43 mesi trascorsi da marzo 2020, quando l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha dichiarato una pandemia globale in seguito all’epidemia di SARS-CoV-2, ma non riusciamo ancora a liberarcene. Il lungo coronavirus è ancora un mistero ed è emerso un nuovo tipo. È ora disponibile un vaccino di richiamo rinnovato e, quasi quattro anni dopo, la maschera rimane una parte importante del dibattito sulla salute pubblica.

Ma c’è motivo di ottimismo, grazie a un team interdisciplinare di ricercatori della Washington University di St. Louis. Quest’estate, i ricercatori della School of Medicine e della McKelvey School of Engineering hanno pubblicato due articoli in cui annunciavano lo sviluppo di due nuovi dispositivi che potrebbero finalmente fare molto per affrontare questo virus – e in definitiva virus che potrebbero causare future pandemie.

“Uno degli aspetti positivi della pandemia è che ha forzato una collaborazione interdisciplinare che altrimenti non si sarebbe verificata”.

Rajan Chakrabarti

Il primo è un monitor della qualità dell’aria in grado di rilevare la SARS-CoV-2 negli spazi pubblici, mentre il secondo è un etilometro in grado di fornire diagnosi più rapide alle persone. Entrambi sono avvenuti a causa della collaborazione tra scienziati della Washoe University che non si erano mai incontrati di persona e non si erano mai incontrati – a causa del distanziamento sociale – per più di un anno.

“Uno degli aspetti positivi della pandemia”, afferma. Rajan Chakrabarti, Harold D. Jolly, professore associato di sviluppo della carriera per l’ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la McKelvey Engineering, “è che ha forzato la collaborazione tra discipline che altrimenti non sarebbe avvenuta”.

Chakrabarti ricorda di aver iniziato a guidare il suo team verso la modellazione della velocità con cui il virus poteva trasmettersi quando ha ricevuto un’e-mail nel luglio 2020 da Giovanni CerritoProfessore di Neurologia presso la Facoltà di Medicina. Il National Institutes of Health (NIH) ha lanciato un appello per un “approccio radicale” ai dispositivi di rilevamento dei virus, chiedendo specificamente che la ricerca “oltre l’ambito del tipico NIH”, afferma Chakrabarty. “Gli ingegneri in genere non richiedono sovvenzioni NIH.”

È stata una di quelle fortunate convergenze di talento, duro lavoro, ingegnosità e tempismo. Cerrito W Carla Yudi, professore associato di psichiatria, ha lavorato per un decennio allo sviluppo di un biosensore per rilevare l’amiloide-beta e altre proteine ​​associate alla malattia di Alzheimer nel cervello dei topi. Avevano accesso a un nanocorpo, un anticorpo di un lama, sensibile al virus. Chakrabarti, un esperto in ingegneria degli aerosol, ha reclutato Joseph Bottusseri, un ricercatore associato post-dottorato nel suo laboratorio con esperienza nella costruzione di strumenti in tempo reale per misurare la tossicità dell’aria. La collaborazione era in corso. Entro la fine dell’autunno 2020, avevano ricevuto finanziamenti dal National Institutes of Health Programma RADDEX-RAD.

“Una volta ottenuti i soldi, il lavoro è andato avanti senza sosta”, afferma Chakrabarti.

Dispositivi

Questo monitor della qualità dell’aria in tempo reale è in grado di rilevare qualsiasi variante del virus SARS-CoV-2 in una stanza entro circa 5 minuti. Il dispositivo proof-of-concept economico potrebbe essere utilizzato in ospedali, strutture sanitarie, scuole e ambienti pubblici per aiutare a rilevare la SARS-CoV-2 e potenzialmente monitorare gli aerosol di altri virus respiratori, come l’influenza e il virus respiratorio sinciziale (RSV). ).

“Non c’è nulla al momento che ci dica quanto sia sicura una stanza”, afferma Cerrito. “Se sei in una stanza con 100 persone, non vorrai sapere cinque giorni dopo se sei malato o meno. L’idea alla base di questo dispositivo è che puoi sapere praticamente in tempo reale, o ogni 5 minuti, se c’è virus vivo nell’aria.” “

L’etilometro richiede solo uno o due respiri e fornisce risultati in meno di un minuto. Quando emergono nuovi ceppi di coronavirus (COVID-19) o altri agenti patogeni presenti nell’aria, questi dispositivi potrebbero essere utilizzati non solo per lo screening delle persone negli studi medici ma anche in occasione di eventi pubblici. Il test dell’alito ha anche il potenziale per aiutare a prevenire epidemie in situazioni in cui molte persone vivono o interagiscono in spazi ristretti – ad esempio, sulle navi, nelle case di cura, nelle residenze di college e università o nelle basi militari.

“Con questo test, non sono necessari tamponi nasali e non sono necessari 15 minuti di attesa per i risultati, come con i test domiciliari”, afferma Chakrabarty. “La persona soffia semplicemente in un tubo nel dispositivo e il sensore elettrochimico rileva se il virus è presente. I risultati sono disponibili entro circa un minuto.”

Cosa poi

Alla fine, la squadra si è incontrata di persona, ma ci è voluto circa un anno. Ora, dice Chakrabarti, lavorano in modo indipendente ma parlano quasi ogni giorno. “Il nostro articolo ha suscitato molto interesse”, afferma Chakrabarti. “Dal debutto quest’estate, le nostre giornate sono state piene di incontri con potenziali investitori, organizzazioni no-profit e persino con il pubblico. Riceviamo e-mail da persone che vogliono semplicemente avere a disposizione questi dispositivi.”

“Abbiamo questi prototipi. Ora il nostro focus è su come soddisfare al meglio le esigenze del pubblico.”

Rajan Chakrabarti

Ma il Congresso si è ritirato dai finanziamenti per il coronavirus, quindi Chakrabarti afferma che l’interesse ora è quello di sviluppare “un dispositivo multiplex in grado di rilevare simultaneamente il coronavirus, l’influenza o anche il virus respiratorio sinciziale, e questa è l’angolazione che stiamo adottando”.

Chakrabarty spera di avere dispositivi in ​​grado di rilevare molti virus e agenti patogeni pronti per l’uso pubblico entro due anni. Potrebbe sembrare molto tempo, ma è stupito di quanta strada siano già arrivati. “È stato uno sviluppo interessante”, afferma Chakrabarti. “Abbiamo questi prototipi. Ora il nostro focus è su come soddisfare al meglio le esigenze del pubblico.”

Tuttavia, la velocità con cui sono apparsi questi dispositivi ha stupito lo stesso ingegnere. “Raramente nella vita di uno scienziato si incontrano momenti ‘aha’”, dice. “E anche se abbiamo assorbito nuove tecnologie, non avevamo un modello su cui costruire. “Abbiamo dovuto ricominciare da zero: gli ultimi tre anni sono stati pazzeschi.”

Il lavoro di Beth Miller, Jim Dryden e Tamara Bhandari ha contribuito a questo pezzo.