Een nieuwe tool voor het monitoren van COVID-19 kan op een dag recht voor je neus liggen. Onderzoekers van de University of California San Diego ontwikkelen een van kleur veranderende teststrip die op een masker kan worden geplakt en kan worden gebruikt om SARS-CoV-2 in de adem of het speeksel van een gebruiker te detecteren.

Het project, die $ 1,3 miljoen ontving van de National Institutes of Health, is gericht op het bieden van eenvoudige, betaalbare en betrouwbare surveillance voor COVID-19-infecties die dagelijks kan worden uitgevoerd en eenvoudig kan worden geïmplementeerd in omgevingen met weinig middelen. Het maakt deel uit van het Rapid Acceleration of Diagnostics Radical (RADx-rad) -programma van de NIH voor COVID-19.

"Op veel manieren, maskers zijn de perfecte 'draagbare' sensor voor onze huidige wereld, " zei Jesse Jokerst, hoogleraar nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en hoofdonderzoeker van het project. "We nemen wat veel mensen al dragen en hergebruiken ze, zodat we snel en gemakkelijk nieuwe infecties kunnen identificeren en kwetsbare gemeenschappen kunnen beschermen."

Het team zal teststrips maken, of stickers, die op elk masker kan worden gezet (N95, chirurgisch of doek). Ze zullen worden ontworpen om de aanwezigheid van eiwitsplitsende moleculen te detecteren, proteasen genoemd, die worden geproduceerd door infectie met het SARS-CoV-2-virus.

Het idee is dat als de gebruiker door het masker ademt, deeltjes, waaronder SARS-CoV-2-proteasen als de gebruiker geïnfecteerd is, hopen zich op in de teststrip. Aan het einde van de dag of tijdens een maskerwissel, de gebruiker voert de test uit. De teststrip is voorzien van een blisterverpakking die de gebruiker zal uitknijpen, het vrijgeven van nanodeeltjes die van kleur veranderen in aanwezigheid van de SARS-CoV-2-proteasen. Een controlestreepje op de teststrip laat zien hoe een positief resultaat eruit moet zien. Het zou vergelijkbaar zijn met het controleren van de resultaten van een zwangerschapstest thuis.

Jokerst merkt op dat de strips niet bedoeld zijn om de huidige COVID-19-testprotocollen te vervangen.

"Zie dit als een surveillancebenadering, vergelijkbaar met het hebben van een rookmelder in uw huis, " zei hij. "Dit zou gewoon elke dag op de achtergrond blijven en als het wordt geactiveerd, dan weet je dat er een probleem is en dan zou je het onderzoeken met meer geavanceerde tests, "

De teststrips kunnen eenvoudig in massa geproduceerd worden via roll-to-roll verwerking. Dit zou de kosten tot een paar cent per strip beperken. "We willen dat dit betaalbaar genoeg is voor dagelijkse tests, " aldus Jokerst. Hierdoor zouden voorzieningen met een hoog risico zoals groepswoningen, gevangenissen, dialyseklinieken en daklozenopvang om eerder en vaker te controleren op nieuwe infecties om verspreiding te verminderen, hij zei.

Jokerst werkt samen met onderzoekers van de UC San Diego School of Medicine om de strips eerst te testen op COVID-19-positieve speekselmonsters, dan op patiënten en gezondheidswerkers bij Veterans Affairs San Diego Healthcare System.

Mede-onderzoekers in het team zijn William Penny, hoogleraar klinische geneeskunde, en cardioloog bij VA San Diego Healthcare System, Louise Laurent, hoogleraar verloskunde, gynaecologie en reproductieve wetenschappen, en Rob Ridder, hoogleraar kindergeneeskunde, bio-engineering en informatica en techniek, en directeur van het Center for Microbiome Innovation aan de UC San Diego.

Potentieel hulpmiddel tegen toekomstige uitbraken

Deze technologie kan zich vertalen naar toekomstige uitbraken van het coronavirus, zei Jokerst. "De proteasen die we hier detecteren, zijn dezelfde die aanwezig zijn in infecties met het oorspronkelijke SARS-virus uit 2003 en het MERS-virus, dus het zou niet te ver gaan om ons voor te stellen dat we later nog steeds van dit werk kunnen profiteren als toekomstige pandemieën zich voordoen."

En zelfs met vaccinatie-inspanningen aan de gang, deze surveillancebenadering zou kunnen worden ingezet in delen van de wereld waar vaccins nog niet beschikbaar zijn of nog beperkt in distributie zijn.

Materiaalwetenschappelijke benadering van maskerveiligheid

Naast dit werk, Jokerst en zijn team, in samenwerking met UC San Diego nanoengineering professor Ying Shirley Meng, hebben diepgaand onderzoek gedaan naar maskers om een ​​brandende vraag te beantwoorden die al vroeg in de pandemie opdook:kunnen N95-ademhalingstoestellen veilig worden hergebruikt nadat ze zijn gedesinfecteerd?

Het antwoord, ze vonden, is ja.

Sinds het begin van de COVID-19-pandemie, gezondheidswerkers kampen met een tekort aan persoonlijke beschermingsmiddelen. Onderzoekers en medische centra in de VS hebben manieren gevonden om N95-ademhalingstoestellen te ontsmetten en opnieuw te gebruiken om gezondheidswerkers te beschermen terwijl ze in de frontlinie dienen. Jokerst, Meng en collega's wilden precies onderzoeken hoe veilig en effectief de ademhalingstoestellen zijn voor hergebruik.

Een paper waarin dit werk wordt beschreven, is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces . UC San Diego materiaalkunde Ph.D. student Wonjun Yim is de eerste auteur van het onderzoek.

De onderzoekers van UC San Diego bestudeerden de materiaalwetenschappelijke eigenschappen van N95- en KN95-ademhalingstoestellen voor en na decontaminatie - het proces omvatte het verwarmen van de ademhalingstoestellen in een oven op 70 C (158 F) gedurende 30 minuten per keer, drie keer totaal. Ze gebruikten een filtratieapparaat om te tellen hoeveel deeltjes in de lucht door de ademhalingstoestellen worden opgevangen. Ze onderzochten ook de vezels van de ademhalingstoestellen onder een elektronenmicroscoop.

Het team ontdekte dat na de warmtebehandeling, de ademhalingstoestellen waren in staat om 90 procent van de deeltjes in de lucht eruit te filteren - een kleine daling van hun oorspronkelijke 95-classificatie. Ze zagen ook geen veranderingen in de structuur, dichtheid of breedte van de vezels.

"Deze maskers zijn meer herbruikbaar dan mensen denken. Dit is goede kennis om te hebben, om te weten dat deze nog steeds aanzienlijke bescherming bieden na meerdere keren te zijn verwarmd, ' zei Jokerst.

"Mensen begrijpen nu niet wat er gebeurt als je de hele dag op een stuk stof ademt, " he said. "These studies will lay the foundation to get us thinking about how we can use our masks in safer and smarter ways."