I ricercatori della Cornell University hanno sviluppato un innovativo biochip in grado di rilevare e classificare nuove varianti del coronavirus per identificare quelle più dannose.
Biochip “universale” contro i virus
Questo dispositivo, che utilizza una biomembrana per simulare l’ambiente cellulare, è in grado di determinare rapidamente il potenziale livello di minaccia di ciascuna variante e di adattarsi anche ad altri virus come l’influenza e il morbillo, offrendo uno strumento rapido ed efficace per la caratterizzazione precoce del virus e la risposta.
Susan Daniel, Professoressa di ingegneria chimica e autrice principale dello studio pubblicato su Nature Communications, ha dichiarato: “Le notizie riportano frequentemente di nuove varianti preoccupanti, come delta, omicron e così via, generando ansia e dubbi tra la popolazione. Le domande più comuni sono: ‘Il mio vaccino copre questa nuova variante? Quanto dovrei preoccuparmi?'”.
La scienziata, tuttavia, ha precisato: “È necessario del tempo per determinare se una variante rappresenta una reale minaccia o se svanirà rapidamente”.
Caratteristiche uniche della piattaforma Biochip
Mentre molti elementi biologici sono stati inseriti nei microchip, dalle cellule agli organelli e alle strutture simili a organi, la nuova piattaforma biochip differisce da quei dispositivi perché in realtà ricapitola gli indizi e i processi biologici che portano all’inizio di un’infezione nella membrana cellulare di una singola cellula. In effetti, inganna una variante facendola comportare come se si trovasse in un vero sistema cellulare del suo potenziale ospite.
Susan Daniel ha spiegato: “Potrebbe esserci una correlazione tra quanto bene una variante può trasmettere il suo genoma attraverso lo strato di biomembrana e quanto preoccupante possa essere quella variante in termini di capacità di infettare gli esseri umani. Se è in grado di rilasciare il suo genoma in modo molto efficace, forse è un indicatore che una variante preoccupante dovrebbe essere qualcosa che dovremmo monitorare attentamente o formulare un nuovo vaccino che la includa. Se non lo rilascia molto bene, allora forse quella variante preoccupante è qualcosa di meno preoccupante”.
Ha poi aggiunto: “Il punto chiave è che dobbiamo classificare queste varianti rapidamente in modo da poter prendere decisioni informate e possiamo farlo molto velocemente con i nostri dispositivi. Questi test richiedono minuti per essere eseguiti e sono “senza etichetta”, il che significa che non devi effettivamente etichettare il virus per monitorarne i progressi”.
Poiché i ricercatori sono in grado di ricreare fedelmente le condizioni e gli indizi biologici che attivano un virus, possono anche modificare tali indizi e osservare come il virus risponde.
Daniel ha affermato: “In termini di comprensione della scienza di base di come avviene l’infezione e quali segnali possono favorirla o ostacolarla, questo è uno strumento unico “poiché puoi disaccoppiare molti aspetti della sequenza di reazione e identificare quali fattori promuovono o impediscono l’infezione”.
Il biochip combatte COVID, influenza e morbillo
La piattaforma può essere adattata ad altri virus, come l’influenza e il morbillo, a patto che i ricercatori sappiano quale tipo di cellula ha la propensione a essere infettata, così come quali idiosincrasie biologiche consentono a una specifica infezione di prosperare. Ad esempio, l’influenza richiede un calo del pH per innescare la sua emoagglutinina e il coronavirus ha un enzima che attiva la sua proteina spike.
La Professoressa Daniel ha concluso: “Ogni virus ha un suo modus operandi, per replicare il processo di infezione sul biochip, è necessario conoscerlo. Una volta comprese le sue peculiarità, possiamo adattare la piattaforma per contrastare questo virus specifico”.
Tra i coautori figurano la ricercatrice Ambika Pachaury, Konstantinos Kallitsis e Zixuan Lu dell’Università di Cambridge.
La ricerca è stata sostenuta dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), dall’Army Research Office, dalla Smith Fellowship for Postdoctoral Innovation della Cornell, dal programma Schmidt Futures e dalla National Science Foundation.
