Ultrarapid on-site detection of SARS-CoV-2 infection using simple ATR-FTIR spectroscopy and an analysis algorithm: high sensitivity and specificity

Abstract

Há uma necessidade urgente de regimes de testes ultrarrápidos para detectar as infecções por coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave [SARS-CoV-2] em tempo real em segundos para impedir sua propagação. As abordagens de teste atuais para esse vírus de RNA concentram-se principalmente no diagnóstico por RTqPCR, que é demorado, caro, muitas vezes impreciso e impraticável para distribuição na população em geral devido à necessidade de processamento laboratorial. A latência até que o resultado do teste chegue com o paciente levou a uma maior propagação do vírus. Além disso, os testes rápidos de antígeno mais recentes ainda requerem tempo de processamento de 15 a 30 minutos e são difíceis de manusear. Apesar do aumento dos esforços de teste de reação em cadeia da polimerase (PCR) e teste de antígeno, a pandemia continua a evoluir em todo o mundo. Aqui, desenvolvemos uma abordagem super rápida, livre de reagentes e não destrutiva de espectroscopia infravermelha de transformada de Fourier de reflexão total atenuada (ATR-FTIR) com análise quimiométrica subsequente para a pré-triagem de amostras infectadas por vírus. Amostras artificiais de saliva enriquecidas com partículas de vírus COVID-19 irradiadas com γ inativadas em níveis abaixo de 1582 cópias/mL geradas em espectros infravermelhos (IR) com uma boa relação sinal-ruído. Os picos espectrais predominantes do vírus estão provisoriamente associados a bandas de ácidos nucléicos, incluindo o RNA. Em números de cópias baixos, a presença de uma partícula de vírus foi capaz de modificar a assinatura espectral IR da saliva, novamente com números de onda discriminantes associados principalmente ao RNA. A discriminação também foi possível após a análise espectral ATR-FTIR de zaragatoas imersas em saliva com várias misturas de vírus. Em seguida, aninhamos nosso sistema de teste em um ambiente clínico no qual os participantes foram recrutados para fornecer detalhes demográficos, sintomas, teste paralelo de RT-qPCR e aquisição de zaragatoas faríngeas para análise espectral ATR-FTIR. A categorização inicial de amostras de swab em infecção por COVID-19 negativa versus positiva foi com base em sintomas e resultados de PCR (n = 111 negativos e 70 positivos). Após treinamento e validação (usando n = 61 negativos e 20 positivos) de um algoritmo de análise discriminante linear de algoritmo genético (GA-LDA), uma sensibilidade cega de 95% e especificidade de 89% foi alcançado. Essa abordagem imediata gera resultados em 2 minutos e é aplicável em áreas com maior tráfego de pessoas que exigem resultados de testes repentinos, como aeroportos, eventos ou controles de portões.