Wetenschappers maken apparaat dat ‘licht pincet’ gebruikt om virussen te vangen en te verplaatsen

Een team van wetenschappers onder leiding van Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een laser-aangedreven apparaat gemaakt dat virussen kan vangen en verplaatsen met behulp van licht.

Het apparaat, dat het vermogen heeft om licht te manipuleren om als “pincet” te werken, zou helpen bij de ontwikkeling van nieuwe benaderingen voor ziektediagnose en de studie van virussen, aangezien het apparaat een enkel virus precies kan “verplaatsen” om zich op een bepaald onderdeel te richten van een cel.

Het zou ook helpen bij de ontwikkeling van vaccins, aangezien het apparaat wetenschappers in staat stelt beschadigde of onvolledige virussen in minder dan een minuut te scheiden van een groep van duizenden andere exemplaren, vergeleken met de huidige processen die vervelend en onnauwkeurig zijn, aldus de wetenschappers.

Universitair hoofddocent Eric Yap, van NTU’s Lee Kong Chian School of Medicine, een medisch geneticus die het onderzoek mede leidde, zei: “De conventionele methode om virussen tegenwoordig te analyseren, is het bestuderen van een populatie van duizenden of miljoenen virussen. We kennen alleen hun gemiddeld gedrag als een hele populatie Met onze lasertechnologie konden afzonderlijke virussen afzonderlijk worden bestudeerd.

“Naast het diagnosticeren van ziekten, zou ons apparaat kunnen worden gebruikt om de uitbijters te herkennen – het zeldzame individuele virus dat bijvoorbeeld het potentieel heeft om te evolueren en de volgende golf van een epidemie te veroorzaken. Dit brengt ons in een tijdperk waarin we precisie kunnen overwegen diagnostiek op het niveau van één virus.”

De onderzoekers testten hun apparaat dat bekend staat als een digitale virusmanipulatiechip op adenovirussen, een groep veelvoorkomende virussen die verkoudheidssymptomen kunnen veroorzaken, met een diameter van 90 tot 100 nanometer (nm). Hoewel het nog niet is getest op coronavirussen, heeft het de potentie om te worden gebruikt voor onderzoek naar het SARS-CoV-2-virus, dat COVID-19 veroorzaakt, omdat het qua grootte vergelijkbaar is, met een diameter van 80 tot 120 nm.

Professor Liu Aiqun, van de NTU’s School of Electrical and Electronic Engineering, die het onderzoek leidde, zei: “Onze uitvinding gebruikt licht om virussen in een bepaald groottebereik te manipuleren en we hebben bewezen dat het werkt met adenovirussen. We geloven dat ons apparaat ook gebruikt om SARS-CoV-2 te vangen en te concentreren voor onderzoek en diagnose.”

De bevindingen van het onderzoek zijn gepubliceerd in het peer-reviewed wetenschappelijke tijdschrift ACS-sensoren in september.

Onderzoekers van de Hong Kong Polytechnic University, de University of Hong Kong, de Hong Kong University of Science and Technology, het Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), de University of Technology Sydney en de Australian National University waren ook betrokken bij de studie.

De ‘lichte’ manier om virussen met grote precisie te manipuleren

Het apparaat meet 2 cm bij 2 cm, ongeveer zo groot als een miniatuur, en bestaat uit een chip die is gemaakt van een plak siliciumoxide en siliciumnitride, met holtes ter grootte van nanometers om de gevangen virussen te bevatten. Boven de chip bevindt zich een laser die zeer gefocuste lichtstralen met de juiste hoeveelheid energie stuurt om als een “pincet” te fungeren die virussen kan isoleren en verplaatsen.

Het apparaat werkt door een vloeistof die virussen bevat, zoals bloed, in de chip te laden. Daarna wordt er een laserstraal op gericht, waardoor lichtvlekken ontstaan. Omdat de intensiteit van het licht in het midden van de vlekken het hoogst is, ontstaat er een sterke kracht die het virus aantrekt en opsluit in daarvoor bestemde holtes op de chip.

Door de locaties van de lichtvlekken te verschuiven, kunnen virussen vrij worden verplaatst naar andere delen van de chip. Dit zorgt voor een gemakkelijke sortering en concentratie van virussen van verschillende groottes, variërend van 40 nm tot 300 nm.

“Onze uitvinding is een doorbraak in virusonderzoek, omdat het ons in staat stelt om individuele exemplaren te selecteren voor onderzoek, terwijl vergelijkbare technologieën tegenwoordig alleen virussen in grote hoeveelheden aankunnen”, zegt prof. Liu.

“We kunnen bijvoorbeeld individuele virussen met mutaties isoleren om therapieën tegen deze varianten te ontwikkelen. Onze uitvinding maakt gebruik van isolerende materialen die biocompatibel zijn en niet gemakkelijk opwarmen, in tegenstelling tot de huidige sorteermethoden die veel warmte genereren. Dit betekent dat wetenschappers vertrouwen moeten hebben bij het omgaan met virussen met dit apparaat zonder hun eigenschappen en levensvatbaarheid aan te tasten.”

Assoc Prof Yap voegde toe: “Met behulp van deze technologie kunnen we specifieke virusdeeltjes met de hand uitkiezen en bestuderen om nieuwe inzichten te krijgen in hen en de ziekten die ze veroorzaken. Het zou bijvoorbeeld nieuwe kanalen kunnen openen voor meer gedetailleerde analyse van specifieke virusmutanten, wat zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om deze virale varianten te karakteriseren en tegen te gaan.

De wetenschappers werken aan het uitbreiden van het gebruik van hun laser-aangedreven apparaat.

Ze willen bijvoorbeeld onderzoeken hoe het apparaat de geïsoleerde virussen kan sturen om een ​​gericht deel van een menselijke cel te infecteren. Het team zei dat dit zou leiden tot vooruitgang in virusonderzoek en de efficiëntie van de ontwikkeling van vaccins en antivirale geneesmiddelen zou verbeteren.