Dans une étude récente publiée dans Nature Communications, les chercheurs ont présenté la preuve de concept d’un moniteur pathogène de la qualité de l’air (pAQ) qui pourrait détecter les aérosols du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) même dans des environnements à faible concentration de virus.
Étude: Surveillance environnementale en temps réel des aérosols SARS-CoV-2. Crédit d’image : RainerFuhrmann/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
L’adoption et l’utilisation généralisées des technologies de surveillance en temps réel pour détecter le SRAS-CoV-2 aéroporté pourraient aider à mettre en œuvre des stratégies d’atténuation rapide de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) dans les lieux publics bondés et à l’intérieur. Cependant, il reste un besoin non satisfait pour de telles technologies depuis le début de la pandémie de COVID-19.
Comme on le sait déjà, le SRAS-CoV-2 se transmet d’une personne infectée à une autre par des gouttelettes respiratoires expulsées lors de la toux, des éternuements, de la parole et même de la respiration.
Ainsi, alors que la distanciation sociale, le masquage obligatoire dans les espaces publics et la mise en quarantaine des personnes infectées par le SRAS-CoV-2 pourraient contribuer à réduire le risque de transmission par voie aérienne, ces mesures ont également un impact négatif sur la vie sociale quotidienne des personnes.
Comme la nécessité de lutter contre la transmission aérienne du SARS-CoV-2 est toujours critique, un dispositif de surveillance qui pourrait détecter les aérosols du SARS-CoV-2 dans l’air directement, rapidement, de manière non invasive et en temps réel semble être une solution prometteuse et efficace. solution. Cela pourrait aider à gérer la propagation virale, à mettre en œuvre des stratégies d’atténuation des infections et à reprendre les activités normales.
Dans ce contexte, les technologies d’échantillonnage de l’air hors ligne utilisées auparavant, par exemple les échantillonneurs de particules dans les liquides (PILS), détectaient les virus en suspension dans l’air mais avaient un délai d’exécution plus long allant jusqu’à 24 heures, nécessitaient des professionnels qualifiés et ne récupéraient pas les résultats en temps réel.
Pour deux raisons principales, les dispositifs de détection automatisés et en temps réel du SRAS-CoV-2 aéroporté ne sont actuellement pas disponibles dans le commerce. Premièrement, ces dispositifs nécessitent un échantillonneur d’aérosols de virus à haut débit très efficace qui pourrait fonctionner avec un détecteur de virus en temps réel.
Deuxièmement, ces appareils doivent disposer d’un protocole de détection de virus rapide, précis et sensible pour quantifier les virus en suspension dans l’air, souvent présents à de faibles concentrations dans l’air ambiant.
Malgré des avancées significatives dans le développement de dispositifs PILS, il existe un manque de dispositifs de détection en temps réel intégrables pour une détection rapide et en temps réel des virus. Les biocapteurs offrent un substitut plus rapide, plus sensible et abordable de la réaction quantitative en chaîne de transcription inverse-polymérase (RT-qPCR) pour la détection des aérosols du SRAS-CoV-2.
Plusieurs études antérieures ont montré leur efficacité dans la détection des aérosols du SRAS-CoV-2 dans les échantillons de condensat expiré, la salive et les écouvillons nasaux, obtenant de meilleurs résultats que la RT-qPCR.
Pourtant, les biocapteurs n’ont pas été utilisés dans des environnements réels, en particulier les environnements intérieurs, tels que les écoles, les appartements, les bureaux, les salles de conférence et les lieux publics, où la surveillance des agents pathogènes en temps réel pourrait aider les responsables de la santé publique à limiter la transmission des agents pathogènes en suspension dans l’air.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont conçu le concept d’un moniteur pAQ pour détecter le SRAS-CoV-2 dans l’air à une résolution temporelle de cinq minutes.
Il comprenait un PILS cyclone à paroi humide à haut débit personnalisé ayant un milieu de collecte liquide pour échantillonner directement les aérosols chargés de virus couplé à un nanocorps dérivé de lama attaché à un biocapteur micro-immunoélectronique (MIE) pour détecter le pic SARS-CoV-2 (S)-protéine à haute spécificité. En conséquence, cet appareil pourrait détecter et signaler la présence de SARS-CoV-2 en 30 secondes.
L’équipe a acquis la lecture de base du biocapteur avant les mesures d’échantillons d’air. Ensuite, ils ont effectué une voltamétrie à onde carrée (SWV) pour mesurer la hauteur du pic d’oxydation correspondant à la tyrosine oxydée dans la particule virale, qui s’est produite à environ 0,65 volts (V).
De plus, l’équipe a normalisé la hauteur du pic d’oxydation pour chaque échantillon de test et celle collectée pour un échantillon d’air sans virus (contrôle) pour classer le signal comme lecture positive ou négative.
Après dix cycles d’échantillonnage, l’équipe a injecté ~15 ml d’acide hypochloreux pour décontaminer le cyclone humide. Pendant que l’unité de biocapteur MIE analysait un échantillon d’air, le cyclone humide a commencé à collecter l’échantillon suivant.
En outre, l’équipe a comparé les performances des cyclones humides avec deux PILS à faible débit disponibles dans le commerce, à savoir BioSampler® et Liquid Spot Sampler™ (LSS). Ils ont effectué les expériences en chambre pendant 10 minutes pour assurer une concentration suffisante de virus dans ces deux PLIS pour l’analyse RT-qPCR.
De plus, ils ont validé les performances et la sensibilité du moniteur pAQ en laboratoire à l’aide de variants SARS-CoV-2 inactivés.
Résultats et discussion
Avant l’échantillonnage de l’air, l’équipe a rempli le cyclone humide avec près de 15 ml de solution saline tamponnée au phosphate. La chute de pression a attiré rapidement l’air ambiant, produisant un film rotatif de liquide PBS sur le côté intérieur du cyclone humide qui a capturé les aérosols dans le milieu liquide.
Un filtre absorbant les particules à haute efficacité (HEPA) a collecté les aérosols qui sortaient du haut du cyclone humide.
Après cinq minutes d’échantillonnage, le moniteur pAQ a transféré de l’air contenant un aérosol concentré et du PBS au détecteur de biocapteur MIE, qui a détecté l’acide aminé tyrosine dans la protéine SARS-CoV-2 comme courant d’oxydation maximal à ~ 0,65 V. L’ampleur du Le courant indique la concentration de virus dans chaque échantillon d’air.
Les résultats du modèle de dynamique des fluides computationnelle (CFD) ont montré que le cyclone humide fonctionnait à plus de 95% d’efficacité de collecte pour les particules de taille supérieure à un μm et un diamètre de coupure de 0,4 μm, où l’efficacité de collecte était de 50%.
Comparé à BioSampler® et LSS, le cyclone humide a mesuré les copies d’ARN du SRAS-CoV-2/mL de milieu de collecte, c’est-à-dire que la concentration de virus après dix minutes d’échantillonnage était respectivement d’environ 10 et d’environ 50 fois. Curieusement, le cyclone humide a récupéré l’ARN WA-1 même à de faibles concentrations, tandis que l’ARN récupéré par les échantillons BioSampler® et LSS n’était pas quantifiable par RT-qPCR.
Clairement, en 10 minutes, en raison de son débit extrêmement élevé, le cyclone humide a récupéré de grandes quantités d’ARN du SRAS-CoV-2 en prélevant un plus grand volume d’air (~ 10 m3), ce qui en fait un appareil idéal pour la surveillance à haute résolution dans le monde réel, les hôpitaux et les chambres d’isolement des patients où les concentrations d’ARN du SRAS-CoV-2 dans l’air restent comprises entre 2 et 94 000 copies/m3.
Les échantillons prélevés dans les ménages infectés étaient faiblement positifs pour le SRAS-CoV-2 et avaient une faible concentration d’ARN car les deux patients positifs pour le SRAS-CoV-2 se sont déclarés asymptomatiques pendant la période d’échantillonnage. Pourtant, les sept échantillons d’air collectés à l’aide du cyclone humide ont été testés positifs au SRAS-CoV-2 sur la base des résultats de la RT-qPCR.
Pour différentes variantes du SARS-CoV-2, le moniteur pAQ avait une limite de détection (LoD) de 35, sept, neuf et 23 copies d’ARN/m3 d’air, et les LoD variables observées sont très probablement dues à des mutations spécifiques à la variante dans la protéine S qui lie le nanocorps utilisé dans ce moniteur.
Cela a également conduit à une efficacité de liaison variable des nanocorps, ce qui a modifié la force du signal du biocapteur. Cependant, le pAQ était similaire à d’autres biocapteurs rapides récemment développés en termes de sensibilité et affichait un temps de détection inférieur à 10 minutes.
Conclusion
Pour résumer, cette étude a démontré un moniteur pAQ de preuve de concept avec un cyclone humide à haute efficacité de capture d’aérosols viraux, même dans des environnements à faibles concentrations d’aérosols pathogènes. Il présentait une sensibilité comprise entre 77 et 83 %, une résolution temporelle élevée et une faible LoD comprise entre sept et 35 copies d’ARN/m3.
Sa capacité d’automatisation en fait un outil idéal pour la détection en temps réel et abordable des aérosols viraux dans les environnements intérieurs.
Pourtant, les études futures devraient tester et valider davantage l’utilisation du moniteur pAQ pour des applications réelles dans des environnements avec des compositions d’aérosols variables, car cela pourrait nettement interférer avec les performances du biocapteur.
