Partículas de hidrogel para detectar hepatitis A en frutas y reducir falsos positivos

Las partículas de hidrogel, que forman parte de un sistema utilizado para monitorizar los niveles del virus COVID en aguas residuales, podrían tener aplicaciones para detectar de manera más rápida y precisa los riesgos del virus de la hepatitis A en los almacenes de frutas.

En su proyecto de prueba de concepto financiado por CPS, Aaron Bivins, Ph.D., de la Universidad Estatal de Luisiana, planea comparar un método de captura y concentración de virus de alto rendimiento que utiliza imanes y nanopartículas de hidrogel con las técnicas estándar de concentración y pruebas PCR de la industria. Bivins comentó sobre la técnica de partículas de hidrogel:

"Creo que es muy prometedor. La pregunta es: ¿qué tan eficiente es para discriminar entre viriones y solo ARN flotante? No espero que sea 100% preciso, pero ¿qué porcentaje de efectividad tiene? ¿Es suficiente para representar una mejora significativa, dado que el lavado de frutas es una mezcla muy compleja? Mi idea es que si puede funcionar en aguas residuales humanas, entonces, sin duda, el lavado de frutas es viable."

Si los resultados de la investigación siguen la hipótesis de Bivins, el sistema de partículas de hidrogel podría reducir el número de falsos positivos relacionados con la posible contaminación de hepatitis A (VHA) en frutos rojos. En última instancia, esto también podría disminuir los retiros innecesarios de productos del mercado.

En el proyecto, titulado "Partículas de afinidad de hidrogel para permitir la detección de alto rendimiento de fruta para viriones intactos de VHA", Bivins cuenta con la colaboración de Saborni Sen, candidata a maestría.

Uno de los grandes retos en la detección de virus es que, a diferencia de las bacterias, que pueden cultivarse en un laboratorio, los virus son extremadamente difíciles de cultivar fuera de un huésped vivo.

Si los virus están presentes en una muestra, generalmente se encuentran en números muy bajos. Por ello, los ensayos PCR estándar incluyen un paso de concentración, que resulta ser laborioso y consume mucho tiempo.

Las pruebas PCR pueden detectar material genético del virus, pero no son capaces de determinar si el virus es virulento y representa un riesgo, o si es inofensivo. Esto a menudo da lugar a falsos positivos.

La investigación de Bivins busca desarrollar un paso de concentración usando nanopartículas de hidrogel patentadas, pequeñas partículas de un material similar a la gelatina de postre. Se afirma que estas partículas de gel son mucho más atractivas para los viriones.

Los viriones son las formas infecciosas de los virus; son cápsulas proteicas que contienen ARN o ADN, responsables de las funciones del virus. En la superficie de la cápside se encuentran proteínas de unión que permiten que el virión ingrese a la célula huésped.

El hidrogel patentado tiene cebos incorporados que atraen a los objetivos microbianos, incluidos, potencialmente, los viriones intactos de VHA, a los que se unirán. Bivins explicó:

"La idea es que los viriones de VHA presentes en la muestra se adhieran a estos cebos".

Las partículas también contienen hierro. Al colocar un imán en el costado de un tubo de ensayo, los investigadores pueden separar las partículas de gel unidas a los microorganismos de la parte líquida de la muestra. La hipótesis es que las piezas libres de ARN no virulentas no se unirán al gel y permanecerán en el líquido, que luego se descarta.

Para reducir la carga de trabajo, Bivins mencionó que planean usar robótica para manejo de líquidos y acelerar el proceso. Como investigador postdoctoral, Bivins utilizó un sistema similar de alto rendimiento para el monitoreo de aguas residuales de COVID, completando 24 pruebas en aproximadamente cuatro horas, una fracción del tiempo que requerirían los métodos estándar de concentración.

Como parte del proyecto CPS, Bivins y Sen también planean utilizar PCR digital, una técnica más precisa y menos susceptible a interferencias de factores ambientales, como sedimentos de suelo o jugo de frutas.

El equipo de investigación recién ha comenzado el proyecto y tiene la intención de trabajar de atrás hacia adelante. Están utilizando métodos de ensayo PCR estándar de la ISO y la Administración de Alimentos y Medicamentos, pero modificando el flujo de trabajo y la forma en que se concentra el material de la muestra. Bivins indicó:

"Comenzamos con el ensayo de prueba y agregamos un paso antes de él. Esto nos permite observar cómo se ven afectados los resultados al agregar un paso adicional en el flujo de trabajo."

Si la técnica de concentración con hidrogel funciona como se espera, comentó Bivins, investigaciones futuras podrían explorar su aplicación en la detección de otros virus, como el norovirus, que también representan riesgos para la seguridad alimentaria.