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Miglioramento della diagnostica dell'influenza PCR per la risposta alle pandemie: Intervista a Chris Hole di TTP

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TTP, un'azienda tecnologica con sede a Melbourn, Regno Unito, sta sviluppando un dispositivo diagnostico portatile PCR (reazione a catena della polimerasi) in grado di rilevare rapidamente i virus influenzali, e un giorno altri virus, in campioni di muco nasale

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La società sostiene che il sistema, che utilizza una versione ad alta velocità della tradizionale RT-PCR (reazione a catena della polimerasi a trascrizione inversa), incorpora diverse innovazioni che si traducono in una maggiore velocità, costo e dimensioni rispetto ai sistemi di diagnostica molecolare esistenti. Tale tecnologia potrebbe essere cruciale nel fornire capacità diagnostiche e di sorveglianza per epidemie di malattie infettive come l'attuale situazione del coronavirus in Cina.

L'azienda avverte che non riuscirà a immettere sul mercato un prodotto in tempo per aiutare con l'attuale epidemia del 2019-nCoV, ma ritiene che la sua tecnologia di test rapida e a basso costo sarà utile nei porti, ai valichi di frontiera e negli aeroporti per trovare coloro che sono infettivi ma non mostrano ancora i sintomi. Ciò permetterebbe a chi è veramente libero dal virus di viaggiare normalmente, mentre chi è infetto può essere rapidamente isolato e curato.

L'epidemia di coronavirus ha causato numerose vittime e ha portato all'isolamento di intere città della Cina, con enormi costi sociali e finanziari. Attualmente, i campioni dei pazienti sospetti vengono inviati ai laboratori diagnostici, ed è difficile ottenere risultati tempestivi con migliaia di campioni di pazienti in attesa di essere analizzati. Tali ritardi hanno conseguenze significative sia per i servizi sanitari che per i pazienti, poiché la quarantena potrebbe dover essere applicata per le persone che non sono infettate dal virus.

Test diagnostici rapidi, accurati e portatili consentono di sottoporre le persone a screening rapidi e al punto di cura, che aiuterebbero le autorità a contenere un'epidemia, e si concentrerebbero solo su coloro che sono infetti e contagiosi. Questo potrebbe ridurre l'uso di costose "capsule di isolamento" che sono una caratteristica delle strategie di preparazione alla pandemia di molti paesi.

L'ultimo dispositivo di TTP potrebbe essere in grado di soddisfare tale esigenza, almeno per future epidemie. Attualmente in fase di sviluppo, l'azienda sostiene che il dispositivo wireless costerà meno di 100 dollari per la realizzazione, utilizzerà materiali di consumo inferiori a 5 dollari per ogni test e impiegherà meno di cinque minuti per fornire un risultato. La società elenca come tecnologia di piattaforma le seguenti malattie per le quali il dispositivo potrebbe essere d'aiuto per una diagnosi rapida: influenza stagionale, febbre Zika e Dengue, morbillo e anche il virus respiratorio sinciziale (RSV). Con le modifiche al design dello strumento di lettura, il sistema ad alta velocità potrebbe anche rilevare alcune malattie veneree (tra cui l'HIV) e l'Ebola.

Medgadget ha avuto l'opportunità di parlare di questa tecnologia con Chris Hole, direttore commerciale di TTP.

Conn Hastings, Medgadget: Per favore, ci dia qualche informazione sulle pandemie influenzali e sulle difficoltà nel contenerle.

Chris Hole: Le pandemie influenzali, così come le recenti epidemie di SARS, MERS e le attuali epidemie di coronavirus, sono causate da virus respiratori, quindi diffuse principalmente da virus nel respiro esalato, tosse e starnuti. Spesso esiste anche una via di trasmissione attraverso oggetti di uso comune, come maniglie di porte, telefoni ecc. e successivamente toccando la bocca o gli occhi con la mano contaminata. I focolai di questo tipo iniziano generalmente come una mutazione casuale di un virus animale che gli permette di saltare le specie e di infettare l'uomo. Quando l'uomo vive o lavora in prossimità degli animali, questo salto può avvenire molte volte prima che i sintomi nell'uomo diventino evidenti e che vengano seminati i semi di un focolaio significativo.

I gravi focolai di malattie dei tempi moderni sono generalmente malattie respiratorie perché la loro diffusione avviene attraverso un processo che non possiamo facilmente prevenire. Le pandemie passate alla storia, come la peste e il colera, sono state diffuse dal ciclo ratto/pulci e dall'acqua contaminata che i moderni stili di vita impediscono, ma la vita moderna richiede ancora che le persone vivano nelle vicinanze e al chiuso; e questo diffonde bene i virus respiratori.

A peggiorare la situazione, di solito incontriamo molte più persone in una settimana e su un'area molto più ampia rispetto a 100 anni fa, per cui una malattia infettiva può diffondersi molto più rapidamente della pandemia influenzale del 1918, ad esempio. Nonostante ciò, si pensa che la pandemia del 1918 abbia ucciso più persone della prima guerra mondiale, quindi il potenziale di danno di una nuova pandemia oggi è elevato. Il problema della connettività è ciò che spinge la forte attenzione a prevenire il movimento di persone da un'area infetta come abbiamo visto a Wuhan con 2019-nCov. Questo è efficace, ma restrizioni come questa sono difficili da mantenere su larga scala per più di qualche giorno. Inoltre, ci sarà già stato un periodo di diffusione incontrollata da parte di persone che sono infettive ma non mostrano sintomi nel periodo prima che un'infezione sia riconosciuta come un problema importante. Questi fattori rendono impossibile prevenire focolai significativi di nuove malattie e difficile prevenire pandemie se il virus si rivela facilmente trasmissibile tra gli esseri umani. Oggi, le restrizioni di movimento, combinate con l'igiene delle mani e della bocca, sono le principali risposte di prima linea e il lavoro sul trattamento e sullo sviluppo del vaccino segue su un arco di tempo di settimane o mesi. L'uso di test diagnostici su persone che non mostrano già sintomi rilevanti non è ancora comune, soprattutto a causa di una combinazione di costi e difficoltà logistiche inerenti alla tecnologia attuale.

Medgadget: In che modo la tecnologia diagnostica rapida e sul posto aiuterebbe le autorità ad affrontare tali pandemie?

Chris Hole: Pensiamo che ci siano due modi.

Il primo è nelle primissime fasi di una pandemia, quando si sa poco del virus appena mutato. Due parametri sono fondamentali per prevedere se il virus causerà una pandemia o si estinguerà naturalmente; questi sono la facilità con cui si trasmette tra gli esseri umani e la durata del periodo di incubazione. Per determinare questi parametri, è necessario conoscere il numero di persone che sono infette ma che non mostrano sintomi perché queste persone stanno esponendo altre persone nella popolazione al virus in proporzione approssimativa al loro numero. Un virus che non si trasmette facilmente tra le persone, ma che ha molti individui infetti nascosti nella popolazione, creerà lo stesso numero di nuove infezioni visibili di una altamente contagiosa ma in cui poche persone sono già infette. Quest'ultimo, tuttavia, è molto più pericoloso perché il numero di infezioni nascoste aumenterà rapidamente con la diffusione del virus contagioso. Solo un test a basso costo e di ampia diffusione per le persone asintomatiche può fornire questi dati in tempi brevi.

Il secondo riguarda il contenimento. Imporre a tutti i cittadini delle grandi città severe restrizioni di movimento per prevenire la diffusione è difficile da mantenere per un lungo periodo di tempo. Una diagnostica a basso costo sul posto potrebbe, in linea di principio, mettere alla prova tutti coloro che vogliono viaggiare e quindi liberare la stragrande maggioranza delle persone non infette da trasportare. Quelli che si trovano ad essere portatori potrebbero essere isolati e trattati precocemente; l'isolamento riduce la diffusione della malattia e il trattamento precoce riduce tipicamente la gravità dei sintomi.

Medgadget: Per favore, ci dia una panoramica di questa tecnologia diagnostica influenzale. Come funziona?

Chris Hole: La biochimica è deliberatamente vicina alla normale RT-PCR, appena ri-ottimizzata per funzionare ad alta velocità. Le innovazioni fondamentali sono nell'hardware del dispositivo e nei materiali di consumo che lavorano insieme per creare una drastica riduzione di potenza, dimensioni e costi. Le dimensioni, il costo e l'impronta di potenza delle macchine PCR sono sempre state dominate dalla richiesta di cicli termici e di accesso ottico al campione, che tende ad essere aggravata dalle esigenze del design termico. La nostra innovazione principale è stata quella di cambiare radicalmente il design termico e meccanico dei processi di lisi e di termociclaggio e di sfruttare diverse modifiche progettuali che poi diventano possibili in seguito nel flusso di lavoro completamente automatizzato.

Medgadget: In cosa si differenzia il dispositivo da altre tecnologie simili?

Chris Hole: I sistemi di diagnostica delle malattie possono essere suddivisi in due grandi categorie. Il primo gruppo rileva la risposta immunitaria dell'organismo ad un agente patogeno (la cosiddetta immunodiagnostica) e il secondo rileva direttamente l'agente patogeno rompendolo e amplificando una breve sequenza del suo materiale genetico per la successiva individuazione. Questi sono i cosiddetti diagnostici molecolari. Gli immunodiagnostici esistono da molto tempo, ma non sono abbastanza sensibili da essere utili per la risposta alle pandemie di virus respiratori, perché mancano troppe persone infette. Al contrario, la diagnostica molecolare è molto sensibile, non manca quasi nessun individuo infetto, ma finora è stata troppo ingombrante e costosa per essere utilizzata negli aeroporti o nelle stazioni ferroviarie come mezzo per determinare chi è sicuro per viaggiare. Ciò che abbiamo cambiato è il paradigma costo/velocità/dimensione.

Medgadget: Quali malattie sarà in grado di diagnosticare il dispositivo? Un dispositivo sarà in grado di rilevare più malattie o verranno utilizzati modelli individuali per ogni malattia?

Chris Hole: Questo dispositivo a bassissimo costo è incentrato sui virus respiratori presenti nei fluidi orali e nasali. Stiamo lavorando prima di tutto sull'influenza, ma ci aspettiamo che funzioni bene per RSV, febbre Dengue, virus Zika e i nuovi virus di salto delle specie come MERS, SARS e 2019-nCoV (l'attuale coronavirus). Tutte queste malattie potrebbero essere rilevate utilizzando lo stesso strumento di lettura, con solo i primer che devono essere cambiati nel materiale di consumo, quindi l'individuazione di nuove malattie potrebbe essere lanciata molto rapidamente. I primer sono uno dei reagenti nel fluido del materiale di consumo.

Alcune delle innovazioni che utilizziamo per ridurre i costi e le dimensioni non portano ad agenti patogeni più robusti o a campioni più complessi come il sangue, per cui siamo molto concentrati sui virus respiratori e sull'uso in ambienti con risorse limitate, come gli studi medici e le farmacie.

Medgadget: Quando sarà disponibile il dispositivo? Prevede che saranno utili per l'attuale epidemia di coronavirus?

Chris Hole: È un'enorme frustrazione per noi il fatto che non riusciremo a far entrare in campo i dispositivi abbastanza velocemente per aiutare con l'attuale crisi del coronavirus. Il nostro obiettivo è quello di ottenere l'approvazione di questi dispositivi per il rilevamento di influenza e RSV in contesti di assistenza primaria di routine come studi medici e farmacie, quindi c'è una rete di dispositivi, già nelle mani di professionisti addestrati, pronti per la prossima volta che un virus respiratorio salta specie.

Per quanto riguarda i tempi, l'influenza è stagionale, il che guida le nostre linee temporali di sviluppo e di test. In considerazione di ciò, sarà la metà del 2022 prima di avere un prodotto approvato sul mercato, ma una volta ottenuta l'autorizzazione regolamentare la produzione può aumentare rapidamente. Questo perché il sistema utilizza solo parti, materiali e tecniche di produzione dell'industria dell'elettronica di consumo ad alto volume che già opera su vasta scala e con tempi di rampa brevi.