Dal COVID al cancro: un nuovo test per la casa rileva le malattie con una precisione sorprendente

Mal di gola e naso chiuso? L'avvento dei test rapidi per uso domestico ha reso facile scoprire se si è affetti da una malattia grave come il COVID-19 o semplicemente da allergie primaverili. Tuttavia, nonostante la loro rapidità e praticità, questi test sono meno sensibili di quelli utilizzati in clinica. Ciò significa che il risultato potrebbe essere negativo anche se la persona è infetta.

La soluzione potrebbe essere una nuova tecnologia di biosensoristica a basso costo, in grado di rendere i test rapidi domiciliari 100 volte più sensibili a virus come il COVID-19. Potrebbe anche ampliare le capacità di screening rapido per altre patologie pericolose come il cancro alla prostata e la sepsi.

Gli scienziati dell'Università della California, Berkeley, hanno sviluppato un test che combina un processo di evaporazione naturale, denominato "effetto anello di caffè", con la plasmonica e l'intelligenza artificiale per rilevare con precisione i biomarcatori delle malattie in pochi minuti.

"Questa tecnica semplice ma potente fornisce risultati estremamente accurati in una frazione del tempo richiesto dai metodi diagnostici tradizionali", ha affermato Kamyar Behrouzi, dottorando di ricerca in sistemi microelettromeccanici e nanoingegneria presso l'Università della California, Berkeley.
"Il nostro lavoro apre la strada a soluzioni diagnostiche più accessibili e convenienti, soprattutto per le regioni con risorse limitate".

Una descrizione della tecnologia è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.

Effetto anello di caffè e nanoparticelle

Osservando attentamente una macchia di caffè o di vino, noterete che è più scura ai bordi che al centro. Ciò è dovuto a un fenomeno fisico noto come effetto "anello di caffè": quando una goccia di liquido evapora, crea una corrente che spinge le particelle sospese verso i bordi. Se le particelle sono pigmentate, come nel caffè o nel vino, si formerà un anello più scuro attorno ai bordi della macchia.

Nel 2020, Behrouz stava sviluppando un biosensore per rilevare il COVID-19 e notò che le goccioline della sua soluzione sperimentale lasciavano segni a forma di anello una volta essiccate. Capì che l'effetto anello di caffè poteva essere utilizzato per concentrare le particelle del virus COVID-19, rendendole più facili da rilevare.

"Ci siamo resi conto che potevamo usare questo effetto per creare qualcosa di molto migliore di quello che avevamo inizialmente pianificato", ha affermato Behrouz.

Come funziona il test?

La tecnologia dei test rapidi utilizza minuscole particelle chiamate nanoparticelle plasmoniche che interagiscono con la luce in un modo speciale.

1. L'utente applica sulla membrana una goccia di liquido contenente proteine associate alla malattia (ad esempio un tampone prelevato dalla bocca o dal naso).
2. Una volta asciutta, la goccia concentra i biomarcatori della malattia nella zona dell'anello di caffè.
3. L'utente aggiunge quindi una seconda goccia contenente nanoparticelle plasmoniche che "si attaccano" ai biomarcatori della malattia.

Se sono presenti biomarcatori, le nanoparticelle formano schemi specifici che alterano il modo in cui la luce interagisce con la membrana. Questi cambiamenti possono essere osservati a occhio nudo o con un'app per smartphone basata sull'intelligenza artificiale.

Questa tecnologia fornisce risultati in meno di 12 minuti ed è 100 volte più sensibile al COVID-19 rispetto a test analoghi eseguibili a casa.

Applicazione per altre malattie

"Una delle proteine chiave che possiamo rilevare con questa tecnica è un biomarcatore per la sepsi, una pericolosa risposta infiammatoria a un'infezione batterica che può svilupparsi molto rapidamente, soprattutto nelle persone over 50", ha affermato Liwei Lin, autore principale dello studio e professore di ingegneria meccanica all'UC Berkeley.
"Ogni ora è importante, ma la coltura batterica per identificare la fonte dell'infezione può richiedere giorni. La nostra tecnica potrebbe consentire ai medici di rilevare la sepsi in 10-15 minuti".

Gli scienziati hanno già creato un prototipo di test domestico simile ai test rapidi per il COVID-19, con componenti stampati in 3D che aiutano a posizionare correttamente il campione e ad applicare le goccioline plasmoniche.

"Durante la pandemia di COVID-19, ci siamo affidati ai test domiciliari per verificare se eravamo contagiati. Spero che la nostra tecnologia renda più accessibile lo screening regolare per patologie come il cancro alla prostata senza dover uscire di casa", ha affermato Lin.