Introduzione

Il virus SARS-CoV-2 è un Betacoronavirus a filamento positivo di RNA in grado di infettare le cellule epiteliali respiratorie umane grazie all’interazione con l’enzima 2 di conversione dell’angiotensina umana (ACE2).
Partendo da questa considerazione, abbiamo progettato un sistema in grado di rilevare in modo rapido e specifico la particella di coronavirus completa e infettiva, costituito da un biosensore in grado di rilevare in modo specifico l’intero SARS-CoV-2 utilizzando una versione ingegnerizzata del recettore ACE2 umano, orientato su una superficie di grafene.

Caratteristiche Tecniche

Il virus SARS-CoV-2 può infettare le cellule epiteliali respiratorie umane grazie all’interazione con l’enzima ACE2, attraverso una proteina glicosilata spike (S). La spike è una proteina transmembrana trimerica i cui monomeri sono composti da due subunità (S1 e S2) ciascuna. Nelle strutture risolte disponibili, solo un monomero è stato intrappolato con il dominio di legame del recettore (RBD) nella configurazione attivata, necessario per legare ACE2 e mediare l’invasione delle cellule ospiti. Il recettore ACE2 è composto da un dominio simile alla collettrina C-terminale che termina con una singola elica transmembrana e un dominio peptidasi N-terminale responsabile dell’interazione con il RBD.

Il biosensore che abbiamo sviluppato è composto da un FET a base di grafene con recettori ACE2 ingegnerizzati opportunamente orientati sulla sua superficie. I FET a base di grafene sono ampiamente utilizzati e convalidati nel campo dei biosensori. Il canale conduttivo di grafene, posto tra gli elettrodi, può variare la mobilità della carica quando una biomolecola altera il suo stato iniziale. Questa variazione porta ad una variazione della conducibilità elettrica che consente di tradurre le informazioni biologiche in un segnale elettrico. Il prototipo è attualmente a livello TRL 4, prossimo al livello 5 (test su pazienti Covid sono previsti a breve). Si prevede, in assenza di finanziamenti specifici allo sviluppo dell’invenzione, il raggiungimento del livello 7 entro la seconda metà del 2022.

Possibili Applicazioni

• Analisi mediche;
• Screening di massa sanitari;
• Attività di ricerca;
• Diagnostica;
• Installazione in condotte d’aria per il monitoraggio degli ambienti chiusi.

Vantaggi

• La capacità di orientamento dei biorecettori (sonde) sul foglio di grafene permette di migliorare notevolmente la sensibilità del dispositivo;
• Possibilità di utilizzare qualsiasi tipologia di biorecettore (proteine, anticorpi, nanobodies);
• L’utilizzo di recettori specifici consente di aumentare la selettività del sensore, permettendo lo sviluppo di un sensore specifico per il singolo virus;
• I chip che ospitano il biosensore sono riutilizzabili dopo un semplice lavaggio.