La innovadora plataforma de prueba rápida de COVID-19 combina la espectrometría de masas con el aprendizaje automático
Se utiliza una placa objetivo en un espectrómetro de masas. Las proteínas de la muestra se ionizan con un láser, luego se miden y analizan para detectar el virus SARS-CoV-2. Crédito: UC Davis Health
Una asociación entre UC Davis y Maurice J. Gallagher, Jr., presidente y director ejecutivo de Allegiant Travel Company, ha dado lugar a una nueva prueba rápida de COVID-19.
Un estudio reciente publicado en Nature Scientific Reports muestra que el nuevo método tiene una precisión del 98,3 % para las pruebas positivas de COVID-19 y del 96 % para las pruebas negativas.
«Esta prueba se hizo desde cero». dijo Nam Tran, autor principal del estudio y profesor de patología en la Facultad de Medicina de UC Davis. «Nunca existió nada como esta prueba. Comenzamos con una pizarra limpia».
La nueva prueba COVID-19 utiliza un instrumento analítico conocido como espectrómetro de masas, que se combina con una poderosa plataforma de aprendizaje automático. para detectar SARS-CoV-2 en hisopos nasales. El espectrómetro de masas puede analizar muestras en minutos, y el proceso completo toma un total de aproximadamente 20 minutos.
La precisión iguala o supera muchas de las pruebas de detección actuales de COVID-19. El nuevo método de prueba puede permitir la detección rápida de un gran número de personas para empresas, escuelas, lugares y otras instalaciones grandes. El proyecto se originó con Gallagher, un exalumno de UC Davis y partidario desde hace mucho tiempo de la innovación y el espíritu empresarial en UC Davis.
El año pasado, cuando la pandemia casi paralizó las industrias de las aerolíneas y la hospitalidad, comenzó a conceptualizar enfoques eso permitiría que las personas se reunieran nuevamente de manera segura.
Gallagher se acercó a H. Rao Unnava, profesor y decano de la Escuela de Graduados en Administración de UC Davis, quien lo puso en contacto con Tran en la Escuela de Medicina.
Gallagher y UC Davis firmaron un acuerdo de investigación patrocinado, con el apoyo de Shimadzu Scientific Instruments, para desarrollar una prueba automatizada de COVID-19 en un espectrómetro de masas.
Los espectrómetros de masas son herramientas analíticas esenciales utilizadas por un amplia variedad de industrias para la investigación y las pruebas.
Esta es la primera prueba para COVID-19 que combina la espectrometría de masas con la robótica y una sólida plataforma automatizada de aprendizaje automático para entregar rápidamente los resultados de las pruebas. El acoplamiento de estos elementos únicos no solo permite la prueba de COVID-19, sino que también puede adaptarse rápidamente para detectar otras enfermedades y quizás futuros organismos pandémicos.
«El Sr. Gallagher, a través de su generosidad como alumno, ha demostrado cómo las empresas y las universidades pueden trabajar juntas para resolver problemas de importancia crítica para el mundo», dijo Unnava. «Me complace que este trabajo innovador continúe construyendo sobre la reputación de UC Davis como un lugar donde siempre se ‘espera más'».
El proyecto se basa en el éxito anterior de la plataforma MILO
La colaboración es parte de un nuevo centro en la Facultad de Medicina, el Centro de Innovación Diagnóstica de UC Davis.
«Esta nueva prueba rápida e innovadora de COVID-19 habla de la profunda experiencia de nuestra facultad y científicos para encontrar soluciones novedosas a los apremiantes desafíos de salud global», dijo Allison Brashear, decana de la Facultad de Medicina de UC Davis. «Es este tipo de innovación y colaboración lo que ha sido el sello distintivo de nuestra respuesta a la pandemia».
Para garantizar el apoyo a la parte analítica del estudio, Tran reclutó a Hooman Rashidi, un colaborador de mucho tiempo y profesor en el Departamento de Patología y Medicina de Laboratorio.
La máquina, un espectrómetro de masas MALDI-TOF, o tiempo de vuelo de desorción/ionización láser asistida por matriz, utiliza un láser para crear partículas pequeñas a partir de moléculas grandes en las pruebas muestra. Estas partículas ionizadas crean señales que se pueden usar para identificar muchos compuestos, incluidos los asociados con microorganismos y patógenos.
Para el estudio, 226 hisopos nasales del biorepositorio de pruebas de COVID-19 de UC Davis se ionizaron en el Shimadzu 8020. Los hisopos procedían de muestras sobrantes y de voluntarios que dieron su consentimiento para el estudio. Algunos de los participantes tenían síntomas de COVID-19 y otros eran asintomáticos.
La plataforma de aprendizaje automático MILO (Machine Intelligence Learning Optimizer) analizó los cientos de picos y señales producidos por los hisopos de prueba ionizados. El aprendizaje automático es un subconjunto de la inteligencia artificial o IA. Tran, Rashidi y Samer Albahra son los co-desarrolladores de MILO. La plataforma se ha utilizado anteriormente para predecir infecciones graves y enfermedad renal aguda.
Para la prueba COVID-19, MILO encuentra patrones distintivos entre los muchos picos y señales de espectrometría de masas y descifra qué patrones corresponden a la presencia o ausencia del virus SARS-CoV-2 en las muestras.
MILO completó el análisis en una fracción del tiempo que hubiera tomado un enfoque de aprendizaje automático no automatizado. «Esto significó acelerar drásticamente el estudio sin comprometer ninguna medida de desempeño», dijo Rashidi.
Gallagher lanzó una nueva empresa, SpectraPass, para desarrollar el sistema rápido y automatizado en un medio para facilitar la apertura de negocios y la economía. .
Los expertos de UC Davis Health están ayudando a guiar al equipo de SpectraPass a través de los pasos científicos, de aprendizaje automático y clínicos necesarios para acercar la tecnología de prueba de COVID-19 a la autorización de uso de emergencia por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). ).
«La pandemia de COVID-19 no solo detuvo el comercio y los viajes del mundo, sino que también nos quitó nuestra interacción humana fundamental, nuestra libertad de estar juntos», dijo Gallagher. «Este proyecto ha dado como resultado un verdadero avance que no solo puede proporcionar información instantánea y precisa sobre la infección por COVID, sino que puede ser una parte importante para abordar otros virus e incluso desarrollar terapias. La emoción de trabajar con el equipo de UC Davis está en saber estamos ayudando a asegurarnos de que nuestros hijos y nietos estén mejor equipados para enfrentar posibles pandemias en el futuro».
La asociación ejemplifica los objetivos de Aggie Square, que reúne a la universidad, la comunidad y la industria para conectarse y colaborar.
«Como universidad de investigación de primer nivel conocida por su excelencia y amplitud disciplinaria, UC Davis está excepcionalmente bien posicionada para trabajar con nuestros socios de la industria en innovaciones revolucionarias que benefician a la sociedad», dijo Mary Croughan, rector y vicecanciller ejecutivo.
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Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Más información: Nam K. Tran et al, Novela aplicación de aprendizaje automático automatizado con MALDI-TOF- MS para la detección rápida de alto rendimiento de COVID-19: una prueba de concepto, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-87463-w Información de la revista: Scientific Reports
Proporcionado por UC Davis Cita: Innovadora plataforma de prueba rápida de COVID-19 que combina espectrometría de masas with machine learning (2021, 27 de abril) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-rapid-covid-platform-pairs-mass.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.