Funcionalização de nanopartículas de PMMA com características superparamagnéticas para aplicação em sorodiagnóstico de COVID-19

Abstract

A pandemia global de COVID-19 causada pelo novo SARS-CoV-2 e a rápida disseminação da doença criou uma emergência de saúde pública global, exigindo estratégias para conter a disseminação do vírus. O desenvolvimento de ferramentas de diagnóstico tornou-se necessário, a fim de restringir a disseminação do vírus por meio da identificação e o isolamento de indivíduos contaminados. Neste contexto, a nanotecnologia tem se destacado no desenvolvimento e aperfeiçoamento de testes de diagnósticos disponíveis, em razão das propriedades físico-químicas que estes nanomateriais apresentam. Nanomateriais, como as nanopartículas superparamagnéticas tem atraído significativa atenção da área biomédica em função da sua capacidade de melhorar o desempenho de imunoensaios, como o teste de Imunoabsorção enzimática (ELISA). Visando diminuir os problemas atuais relacionados a testes de diagnósticos como a baixa sensibilidade e especificidade, neste estudo foi desenvolvida uma plataforma de teste sorológico. Diante disso, nanopartículas superparamagnéticas de magnetita (SPIONs) foram encapsuladas in situ por polimerização em miniemulsão direta em nanopartículas de poli (metacrilato de metila). Posteriormente, dois peptídeos mimetizantes de epítopos da proteína spike (S) e nucleocapisidio (N) do SARS-CoV2 foram conjugados via adsorção química e física às nanopartículas poliméricas superparamagnéticas. As nanopartículas produzidas foram aplicadas como suporte em ELISA nanomagnético indireto. A caracterização das nanopartículas foi realizada por meio de análises de morfologia, diâmetro médio, decomposição térmica e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier. As nanopartículas superparamagnéticas encapsuladas apresentaram dispersões poliméricas estáveis com diâmetro médio de 110 nm. No processo de funcionalização por ligação covalente para os peptídeos p2pS e p3pN não ocorreram alterações significativas de diâmetro e potencial zeta. Diferentemente, do processo por adsorção física, em que se observou um aumento no diâmetro médio das partículas e uma mudança no potencial zeta. Para as nanopartículas funcionalizadas por adsorção física observou-se menor estabilidade quando comparadas ao processo por funcionalização via ligação covalente. No ensaio ELISA nanomagnético as nanopartículas funcionalizadas com os peptídeos apresentaram uma sensibilidade e especificidade que se situaram abaixo de 90%, enquanto a acurácia, foi inferior a 0,8. Esses resultados fornecem informações para futuras pesquisas e aprimoramentos no desenvolvimento de testes de diagnóstico de alta performance.

Abstract: The global COVID-19 pandemic caused by the novel SARS-CoV-2 and the rapid spread of the disease have created a global public health emergency, requiring strategies to contain the virus spread. The development of diagnostic tools has become necessary in order to restrict the virus spread through the identification and isolation of contaminated individuals. In this context, nanotechnology has emerged in the development and improvement of available diagnostic tests due to the physicochemical properties that these nanomaterials exhibit. Nanomaterials, such as superparamagnetic nanoparticles, have attracted significant attention in the biomedical field due to their ability to enhance the performance of immunoassays, such as enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Aimed at mitigating current issues related to diagnostic tests such as low sensitivity and specificity, a serological test platform was developed in this study. In this regard, superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were in situ encapsulated by direct miniemulsion polymerization into poly(methyl methacrylate) nanoparticles. Subsequently, two mimetic peptides of spike (S) and nucleocapsid (N) protein epitopes of SARS-CoV-2 were conjugated via chemical and physical adsorption to the superparamagnetic polymeric nanoparticles. The produced nanoparticles were applied as a support in an indirect nanomagnetic ELISA. Characterization of the nanoparticles was conducted through analyses of morphology, average diameter, thermal decomposition, and Fourier-transform infrared spectroscopy. The encapsulated superparamagnetic nanoparticles exhibited stable polymeric dispersions with an average diameter of 110 nm. In the covalent bonding functionalization process for peptides p2pS and p3pN, no significant changes in diameter and zeta potential occurred. In contrast to the process by physical adsorption, where an increase in the average particle diameter and a change in zeta potential were observed. For nanoparticles functionalized by physical adsorption, lower stability was observed compared to the covalent bonding functionalization process. In the nanomagnetic ELISA assay, nanoparticles functionalized with peptides exhibited sensitivity and specificity below 90%, while accuracy was below 0.8. These results provide insights for future research and enhancements in the development of high performance diagnostic tests.