(ReScan-Immagine Credit Public Domain).
ReScan è un nuovo test sierologico innovativo che impiega una versione specializzata della tecnica nota come display dei fagi.
I test sierologici, noti anche come “test anticorpali”, sono uno dei fondamenti della medicina clinica, con un ruolo particolarmente importante nelle malattie infettive. Possono rilevare infezioni attive, ma possono anche identificare esposizioni passate ad agenti infettivi. Queste sono entrambe informazioni importanti che possono guidare l’assistenza clinica e aiutano a spiegare perché alcune persone soffrono di malattie lievi mentre altre sono colpite molto più gravemente.
Durante le pandemie e le epidemie, i funzionari della Sanità Pubblica devono identificare le persone che sono state attivamente infettate o che sono state precedentemente infettate, sia per controllare la diffusione della malattia sia, nel caso di malattie prevenibili con il vaccino, per dare la priorità alle persone per la vaccinazione. La pandemia di SARS-CoV-2 ha messo in luce la necessità cruciale di test sierologici accurati, soprattutto ora che i vaccini stanno iniziando a essere distribuiti in tutto il mondo.
Ora gli scienziati guidati da Colin Zamecnik, PhD, un ricercatore presso l’UCSF e il Chan Zuckerberg Biohub e l’Assistente Professore di medicina dell’UCSF Jayant Rajan, MD, PhD, hanno sviluppato ReScan, un nuovo test sierologico innovativo che impiega una versione specializzata della tecnica nota come display dei fagi.
Le strisce reattive ReScan di due pazienti rivelano risposte anticorpali diverse. I punti verdi rappresentano le sequenze di proteine virali legate da anticorpi in ciascun paziente. Credito immagine: UCSF
In una ricerca insignita del Premio Nobel nel 2018, i ricercatori hanno dimostrato che il fago – un tipo di virus che attacca i batteri – può essere usato per incorporare pezzi di una vasta gamma di materiale genetico e quindi “visualizzare” una proteina corrispondente sulla loro superficie. Questa tecnica ha suscitato un notevole interesse tra gli scienziati che studiano malattie infettive e malattie autoimmuni perché consente il rapido sviluppo di enormi elenchi di proteine che possono essere utilizzate per eseguire schermate diagnostiche veloci e imparziali di campioni clinici di pazienti.
Ad esempio, utilizzando il fago per visualizzare frammenti di proteine dai circa 3.000 virus noti per infettare gli esseri umani, un team di ricerca UCSF / CZ Biohub guidato da Michael Wilson , MD, Professore associato di neurologia, ha dimostrato che una misteriosa malattia simile alla poliomielite che colpisce i bambini è probabilmente causata da un comune agente virale. In un’altra applicazione, creando un elenco di 700.000 proteine umane, Wilson e Joe DeRisi, PhD, Professore di biochimica e biofisica della UCSF e co-Presidente di CZ Biohub, hanno guidato un team che ha identificato una nuova malattia autoimmune che colpisce gli uomini con cancro ai testicoli.
Nel nuovo lavoro, i primi autori Zamecnik e Rajan si sono uniti a Wilson, DeRisi e colleghi e utilizzando la sequenza completa del genoma del virus SARS-CoV-2 hanno creato una libreria fagica che rappresenta tutte le proteine del virus, che sono stati in grado di distribuire in un formato diagnostico clinico in poche settimane.
“Un vantaggio chiave dell’utilizzo della visualizzazione dei fagi in questo contesto”, ha affermato Zamecnik, “è che oltre a rilevare la risposta immunitaria dei pazienti COVID all’infezione da SARS-CoV-2, gli scienziati potrebbero identificare con precisione esattamente quali parti del virus sono maggiormente prese di mira dal sistema immunitario”.
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Tecnologia rapida e adattabile
Come riportato in Cell Reports Medicine, per creare ReScan, Zamecnik ha riproposto un tipo speciale di robot di trasferimento di liquidi chiamato ECHO per stampare strisce reattive con centinaia di macchie, ciascuna composta da fago che mostra varie proteine SARS-CoV-2. Queste strisce reattive sono una nuova interpretazione della tecnologia microarray originariamente sviluppata da DeRisi per confermare che un coronavirus ora noto come SARS-CoV-1 era responsabile della prima epidemia di SARS in Asia all’inizio degli anni 2000.
Quando i campioni di sangue dei singoli pazienti vengono applicati alle strisce ReScan, gli anticorpi nel sangue si legano al fago che compone le macchie sulle strisce, ognuna delle quali corrisponde a una parte particolare del virus. Confrontando i risultati di molte strisce, i ricercatori possono determinare quali punti sono più comunemente legati da anticorpi in molti pazienti e utilizzare queste informazioni per decidere quali proteine virali sono le migliori candidate da incorporare in ulteriori test per effettuare diagnosi più accurate.
Ma restava un problema. “Il nostro processo di stampa delle strisce è stato velocissimo – da 10 a 100 volte più veloce delle stampanti disponibili in commercio – ma analizzarle è stato lento e noioso”, ha affermato Zamecnik. “Ciò di cui avevamo veramente bisogno era un sistema di elaborazione delle immagini ad alta velocità per scansionare molte strisce in parallelo e identificare i migliori ‘punti caldi’ su cui concentrarsi”.
Lo scorso novembre, Zamecnik ha descritto questo collo di bottiglia al bioingegnere ed esperto di analisi delle immagini Kevin Yamauchi, PhD, un ex scienziato Biohub che ora è un ricercatore postdottorato al Biozentrum in Svizzera. Zamecnik e Yamauchi elaborarono rapidamente alcune specifiche e Yamauchi arrivò a un’elegante soluzione sotto forma di “dotblotr”, un pacchetto software open source che analizza rapidamente le strisce ReScan e riporta il miglior fago SARS-CoV-2 da utilizzare.
Con queste informazioni in mano, gli scienziati possono tornare allo stock da cui sono state stampate le strisce ed eseguire facilmente più test focalizzati solo sui punti che hanno suscitato la risposta immunitaria più forte. Il fago può fare copie di se stesso, quindi è una risorsa di prova inesauribile: con una quantità infinitesimale del fago originale, possono esserne coltivati altri trilioni in poche ore senza procedure complesse richieste.
Le migliori proteine diagnostiche identificate da ReScan possono essere impacchettate in test di laboratorio più standard e nel documento pubblicato in Cell Reports Medicine, gli autori riferiscono che le prestazioni di uno di questi test erano simili o migliori di altre piattaforme sierologiche disponibili in commercio.
“La visualizzazione dei fagi, specialmente se combinata con le strisce di microarray stampabili che abbiamo sviluppato in ReScan, è una tecnologia rapida e altamente adattabile che può essere facilmente riorganizzata per affrontare le sfide poste dalle malattie infettive emergenti del futuro”, ha detto Zamecnik.
Fonte: UCSF
