Il nanogold rileva le malattie in 15 minuti: NasRED legge centinaia di molecole in una goccia di sangue

ACS Nano ha descritto un test diagnostico portatile chiamato NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): utilizza nanoparticelle d'oro e una lettura elettro-ottica per rilevare antigeni e anticorpi contro le infezioni a concentrazioni bassissime, fino al livello subfemtomolare/attomolare. Il test per il COVID-19 ha mostrato un'accurata discriminazione rispetto ad altre infezioni, il tempo di risposta è stato di circa 15 minuti e il costo del test è stato di circa 2 dollari. Secondo gli autori, la sensibilità è circa 3000 volte superiore a quella dell'ELISA, è necessario un campione 16 volte inferiore e il risultato è 30 volte più rapido.

Sfondo

• Perché ricorrere nuovamente alla diagnostica PoC e come misurarne l'efficacia. Nella pratica clinica, sono necessari test point-of-care (in loco, rapidi, economici) che soddisfino i criteri ASSICURATI/RASSICURATI: accessibili, sensibili, specifici, intuitivi, rapidi/robusti, senza apparecchiature/semplici, forniti con connettività in tempo reale e facilità di raccolta dei campioni. La maggior parte dei test "domestici" non copre ancora tutti i punti, in particolare la sensibilità "S". Da qui la corsa a metodi che forniscano un livello di sensibilità di laboratorio senza un laboratorio.
• Dove i classici si bloccano.
  • Le strisce LAT (test antigenici) sono veloci ed economiche, ma la sensibilità alla PCR è moderata e dipende fortemente dalla carica virale/momento della malattia; anche i kit migliori spesso non raggiungono la sensibilità di "laboratorio".
  • L'ELISA è accurato, ma richiede reagenti, lavatrici/lettori, incubazioni: tutto questo richiede ore e un laboratorio; le versioni "migliorate" esistenti abbassano le soglie, ma a scapito della complessità del protocollo. Per lo screening sul campo, questi rappresentano delle barriere.
• Perché le nanoparticelle d'oro? Le AuNP sono il cavallo di battaglia dei biosensori: hanno una risposta plasmonica pronunciata (cambiamenti di assorbimento/diffusione in seguito all'aggregazione o al variare dell'ambiente), una chimica di superficie adatta alla coniugazione proteina/aptamero e una buona stabilità. Ciò consente la realizzazione di test in cui il collegamento "molecola analizzata ↔ nanoparticella" viene convertito in un segnale ottico/elettronico senza ottiche complesse.
• Lettura elettro-/opto-elettronica come passo avanti. La chiave della PoC è semplificare la rilevazione: invece di grandi spettrofotometri, si utilizza un LED + un semplice fotosensore/elettronica e si legge la variazione di trasparenza/diffusione o "sedimentazione" delle nanoparticelle funzionalizzate al momento del legame con il bersaglio. Tali schemi offrono un ampio intervallo dinamico e tempi di risposta rapidi, mantenendo bassi limiti di rilevazione. È qui che entra in gioco NasRED.
• Perché è importante poter vedere sia gli antigeni che gli anticorpi? Per le infezioni in fasi diverse, alcuni target sono più informativi di altri: l'antigene per l'infezione attiva precoce, gli anticorpi per la presenza di un'infezione pregressa/attuale con sieroconversione o per la valutazione della risposta immunitaria. Le piattaforme che si "riqualificano" modularmente dagli antigeni agli anticorpi (e viceversa) si espandono più rapidamente per nuovi patogeni/attività.
• Contesto di questo specifico articolo. In una dimostrazione su SARS-CoV-2, NasRED ha dimostrato il rilevamento di livelli subfemtomolare di antigeni/anticorpi in circa 15 minuti da un microvolume (circa 6 µl) e la discriminazione accurata del COVID-19 da altre infezioni; si afferma che la piattaforma sia adattabile a tossine, marcatori tumorali, ecc. Ciò colma il divario tra la "striscia" e il laboratorio in termini di sensibilità e velocità. La conseguenza è il potenziale per la diagnosi precoce a bassa prevalenza e in contesti con risorse limitate.
• Ma l'ipersensibilità comporta anche dei rischi. Più bassa è la soglia, maggiori sono i requisiti di purezza, controllo delle reazioni crociate e gestione dei falsi positivi. Pertanto, ogni nuovo "bersaglio" sulla piattaforma richiede validazioni cliniche separate e stress test per gli effetti della matrice (sangue, saliva, rinofaringe) e la stabilità dei materiali di consumo nelle catene di approvvigionamento reali.
• Perché questa è una direzione logica per l'evoluzione dei test. Il settore ha già imparato a "rompere" le barriere picomolari (ELISA digitale, formati LF migliorati), ma più spesso a costo di apparecchiature costose/protocolli complessi. Le piattaforme AuNP con semplice lettura elettronica cercano di combinare l'ultra-sensibilità con hardware economico, esattamente ciò che richiedono i criteri ASSURED/REASURED.

Come funziona

• Le nanoparticelle d'oro sono rivestite con molecole di riconoscimento. Per ricercare una proteina virale, vengono utilizzati anticorpi; per catturare gli anticorpi del paziente, vengono utilizzati antigeni virali.
• Queste particelle vengono aggiunte a un campione minuscolo (una goccia di sangue/saliva/fluido nasale). Se il campione contiene un bersaglio, la maggior parte delle nanoparticelle si attacca e si deposita sul fondo della provetta. In assenza di bersaglio, la sospensione rimane torbida.
• Il dispositivo trasmette un fascio di luce LED attraverso la parte superiore del liquido e un sensore elettronico misura la quantità di luce che lo attraversa: più luce = particelle "cadute", il che significa che c'è un bersaglio. Il tutto senza ingombranti ottiche e complicate preparazioni del campione.

Cosa è stato mostrato esattamente nel nuovo lavoro

• COVID-19: NasRED ha rilevato in modo affidabile antigeni e anticorpi del SARS-CoV-2 a livelli in cui i metodi standard falliscono, e ha differenziato il COVID-19 da altre infezioni. Nei test umidi con particelle intere di coronavirus, la sensibilità è stata paragonabile a quella di Abbott ID NOW (un popolare test molecolare), ma con un vantaggio in termini di velocità/semplicità.
• Soglia di rilevamento: il team ha spinto la sensibilità fino all'intervallo attomolare (esempio tratto dal comunicato stampa: "una goccia d'inchiostro in 20 piscine olimpioniche"). Il titolo dell'articolo enfatizza il livello subfemtomolare.
• Modularità: le stesse nanopiattaforme “vuote” possono essere rapidamente riprogrammate per altri obiettivi, dall'Escherichia coli (tossina Shiga) ai marcatori tumorali e alle proteine dell'Alzheimer; un prototipo di questa tecnologia in precedenza aveva catturato l'Ebola da piccoli volumi di sangue.

Perché è importante?

• Test di laboratorio, senza laboratorio. Un'esigenza sanitaria urgente è rappresentata da test point-of-care (PoC) rapidi, accurati e a basso costo. NasRED colma il divario tra le strisce reattive rapide e i test di laboratorio "pesanti": circa 2 dollari a test, circa 15 minuti, attrezzatura e formazione minime. Questo è fondamentale per le condizioni operative sul campo e nelle regioni con risorse limitate.
• Diagnosi precoce a bassa prevalenza. Quando i casi sono pochi (epidemie precoci, gruppi a rischio HIV/HCV, borreliosi), non è redditizio avviare catene di laboratori e i pazienti semplicemente non vengono testati. Il test PoC ultrasensibile consente di cercare un ago in un pagliaio, e di farlo direttamente sul posto.

Quanto è "meglio dello standard"?

Gli autori forniscono dati comparativi: circa 3000 volte più sensibile dell'ELISA, volume di campione 16 volte inferiore, tempo di risposta 30 volte più rapido; in concentrazioni assolute, centinaia di molecole in sub-microlitri, "quasi 100.000 volte più sensibile dei test di laboratorio standard" (stima da comunicato istituzionale). Questi numeri si riferiscono a parametri di riferimento in condizioni di studio e richiedono una validazione esterna.

Ciò che è già chiaro sui "punti critici"

• Per ora, la preparazione dei campioni richiede minicentrifughe/miscelatori da banco; il team sta lavorando sulla miniaturizzazione e sull'automazione, con l'obiettivo di ottenere un formato tascabile e, potenzialmente, un test domestico.
• L'universalità dichiarata (moduli per diverse malattie) è eccellente sulla carta, ma per la clinica sono necessari studi clinici separati per ciascun target analitico (HIV, HCV, borreliosi, ecc.) con test delle reazioni crociate, della stabilità dei reagenti e della qualità della catena di fornitura.

Dove può arrivare?

Nel prossimo futuro, NasRED si presenterà come una piattaforma: un dispositivo + sensori "accessori" sostituibili per il marcatore desiderato. Se la modularità verrà confermata, questo approccio potrebbe accelerare l'implementazione di test per nuove epidemie ed espandere la diagnostica PoC in cliniche, pronto soccorso, punti mobili e persino in team mobili per gruppi difficili da raggiungere.

Fonte: Choi Y. et al. Rilevamento rapido, elettronico e supportato da nanoparticelle di anticorpi e antigeni SARS-CoV-2 a livello subfemtomolare. ACS Nano, pubblicato l'11 agosto 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083