Un sistema que utiliza levitación magnética permite la detección temprana de virus en el aire

4 de agosto de 2023

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por Matt Davenport, Universidad Estatal de Michigan

Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan y la Universidad de Columbia Británica han inventado un sistema que puede detectar virus en el aire de forma rápida y económica utilizando la misma tecnología que permite los trenes de alta velocidad.

El equipo demostró que se puede utilizar una técnica conocida como levitación magnética para recolectar y concentrar fácilmente virus del aire para ayudar a prevenir futuros brotes de enfermedades respiratorias. Los investigadores publicaron su trabajo en la revista ACS Nano.

"Es muy importante contar con gestión y predicciones en tiempo real para los virus", dijo Morteza Mahmoudi, profesor asociado en el Departamento de Radiología y el Programa de Salud de Precisión de MSU. "Lo que hemos desarrollado es un sistema que podría ayudarnos a nosotros y a otras partes interesadas a obtener más información sobre los diferentes tipos de virus en el aire que respiramos".

"Esto podría ayudar a identificar que un ambiente está contaminado antes de que ocurra una pandemia", dijo Sepideh Pakpour, profesora asistente de ingeniería que dirigió el equipo de investigación en el campus Okanagan de la UBC.

Además de servir como sistema de alerta temprana, la nueva técnica del equipo también podría ayudar a los funcionarios de salud y epidemiólogos a rastrear y rastrear mejor la exposición a virus en entornos públicos.

Pakpour y Mahmoudi comenzaron este proyecto aplicando levitación magnética, o maglev, a virus respiratorios en 2018 con el apoyo de la Fundación Walsh y el Fondo Nuevas Fronteras en Investigación. Casi la mitad de las infecciones del tracto respiratorio inferior son causadas por virus que las personas respiran en interiores, escribieron los investigadores en su informe.

Pero cuando comenzó la pandemia de coronavirus y supieron que era causada por un virus transmitido por el aire, supieron que tenían que redoblar sus esfuerzos. El equipo utilizó una versión desactivada del coronavirus responsable de la COVID-19 en su informe de prueba de concepto, junto con la influenza H1N1 y un virus que infecta una bacteria conocida como bacteriófago MS2.

El sistema primero recolecta muestras de aire y luego inyecta la muestra en un fluido donde el maglev separa los virus de otras partículas. Luego, el contenido viral aislado y purificado se pasa a otras técnicas analíticas estándar para su identificación en cuestión de minutos. El enfoque es tan sencillo que podría ser utilizado por personas no expertas en una variedad de entornos, como clínicas y aeropuertos, dijeron los investigadores.

El equipo está dando los primeros pasos hacia la comercialización de su tecnología y al mismo tiempo trabaja para mejorarla.

Aunque las técnicas posteriores pueden identificar qué virus hay en una muestra, uno de los objetivos futuros del equipo es perfeccionar el paso maglev para distinguir entre diferentes virus por sí solo. Los investigadores también están trabajando para aumentar la sensibilidad de su técnica y detectar virus en el aire en concentraciones más bajas.

Aún así, el equipo está entusiasmado con lo que pudo lograr en su trabajo inicial y con lo que podría permitir que otros investigadores hicieran.

"El uso de maglev para la detección de enfermedades y la purificación de virus es completamente nuevo y podría abrir aplicaciones en muchos campos diferentes", dijo Mahmoudi. "Esto abre una dirección fundamentalmente nueva en la bioquímica analítica".

La levitación magnética, como su nombre indica, utiliza imanes para contrarrestar la atracción descendente de la gravedad. Los trenes Maglev flotan sobre sus vías y, sin esa fricción de contacto, pueden alcanzar velocidades superiores a 200 millas por hora. Si bien los trenes maglev existen desde hace décadas, el uso de la levitación magnética en biología es más reciente.

Por ejemplo, no fue hasta la última década que los investigadores de Stanford demostraron que las células vivas podían levitar magnéticamente en mezclas o soluciones líquidas. Luego utilizaron la técnica para demostrar que varios tipos de células (levaduras, bacterias, células humanas sanas y células cancerosas) podían separarse según su densidad.

Más recientemente, Pakpour y Mahmoudi han colaborado para demostrar que se puede aplicar maglev a las proteínas del plasma sanguíneo para buscar indicadores de uso de opioides y esclerosis múltiple. Eso los convenció de que el maglev también debería funcionar con virus.

"Si nos fijamos en la estructura de los virus, son en su mayoría proteínas, y sabíamos que podíamos levitar proteínas", dijo Pakpour. "Sabía que esto debería funcionar, pero aún así me sorprendió cuando lo hizo".

"Fue muy desafiante, especialmente al principio", dijo Mahmoudi. "El maglev convencional no es capaz de recolectar virus submicrónicos, pero hicimos varias modificaciones y pudimos ajustar el sistema".

Uno de los desafíos, por ejemplo, era que los líquidos utilizados en el maglev convencional podían dañar o destruir virus. El equipo tuvo que encontrar nuevas soluciones que tuvieran propiedades magnéticas deseables y fueran compatibles con sus objetivos.

Más información: Sepideh Pakpour et al, El sistema de levitación magnética aísla y purifica los virus transmitidos por el aire, ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c01677

Información de la revista:ACS Nano

Proporcionado por la Universidad Estatal de Michigan