Test PCR veloci con la semplice pressione di un pulsante
I ricercatori del Fare all'ETH Michele Gregorini e Philippe Bechtold hanno sviluppato un dispositivo con cui è possibile effettuare facilmente test PCR fuori dal laboratorio, in meno di 30 minuti. Ora, come giovani imprenditori, si stanno impegnando a fondo affinché il loro prodotto possa essere presto utilizzato in medicina.
Quando cinque anni fa Michele Gregorini si candidò per il dottorato, era seduto nello stesso ufficio in cui si trova per questa intervista. Di fronte a lui sedeva Wendelin Stark, professore del Dipartimento di chimica e scienze biologiche applicate. Egli suggerisce all'ingegnere meccanico di sviluppare un dispositivo PCR che funzioni in modo più rapido e semplice rispetto ai modelli convenzionali.
Il ventiseienne milanese ricorda fin troppo bene il suo colloquio di lavoro. "All'epoca non sapevo nemmeno cosa significasse la sigla PCR, figuriamoci come funzionasse questo metodo", racconta Gregorini e ride. All'inizio del 2016 era appena tornato dall'Australia, dove aveva trascorso un anno di collaborazione con una start-up di energia solare dopo gli studi all'ETH.
Gregorini è ora amministratore delegato di una giovane azienda, il cui prodotto di punta è il dispositivo PCR realizzato con la sua tesi di dottorato. Insieme a Philippe Bechtold - ingegnere chimico, anch'egli dottorando nel gruppo di ricerca di Stark e prossimo alla laurea - ha fondato quasi un anno fa l'ETH start-up Diaxxo.
Tuttavia, i giovani imprenditori non mirano solo a portare sul mercato un nuovo dispositivo medico. Piuttosto, vogliono cambiare radicalmente il modo in cui i test PCR vengono utilizzati in medicina.
Un test costa solo pochi franchi
I test PCR sono il gold standard nella diagnosi molecolare delle malattie infettive, e non solo dopo la pandemia di coronavirus. Un semplice raffreddore, un'influenza o persino una polmonite: per determinare il tipo esatto di agente patogeno in un'infezione respiratoria, il medico preleva un tampone dalla gola e invia il campione del paziente a un laboratorio medico per l'analisi. I risultati di solito arrivano solo qualche giorno dopo.
Se Gregorini e Bechtold hanno la loro idea, in futuro questo processo dovrebbe diventare più semplice e, soprattutto, più veloce. La loro visione è che il personale sanitario possa eseguire i test PCR direttamente nello studio, in meno di 30 minuti. Ciò consentirebbe ai pazienti di beneficiare di un trattamento ottimale fin dalla prima visita.
"In questo modo non solo si risparmia tempo, ma soprattutto denaro", afferma Gregorini. Un test dovrebbe costare solo pochi franchi. Nei Paesi in via di sviluppo, dove spesso mancano i soldi per le analisi di laboratorio, i test PCR sono resi accessibili solo in questo modo, aggiunge Bechtold.
La cartuccia di prova assomiglia a un cuscinetto di caffè
I fondatori della start-up lavorano al loro dispositivo PCR da quasi cinque anni. Hanno sviluppato da soli il primo prototipo dalla A alla Z: Alloggiamento, elettronica, software e anche la cartuccia di test intercambiabile, cioè il contenitore in cui avviene la reazione biochimica. Questa assomiglia a una tazzina di caffè per forma e dimensioni ed è l'innovazione più importante del dispositivo.
Invece di mescolare i reagenti per il test PCR in una provetta di plastica come di consueto, il nuovo metodo prevede semplicemente l'aggiunta di una goccia del campione del paziente in uno dei pozzetti della cartuccia di alluminio. Il punto forte: poiché il metallo conduce il calore molto meglio della plastica, il dispositivo può riscaldare e raffreddare i reagenti più rapidamente.
Per amplificare il materiale genetico dell'agente patogeno sono necessarie diverse fasi di reazione che si ripetono ciclicamente e che avvengono a temperature diverse, da 55 a 95 gradi Celsius. Nel nuovo dispositivo, un ciclo dura poco meno di 20 secondi invece dei soliti due minuti e mezzo. La durata totale di un test PCR con 45 cicli si riduce quindi da Chi siamo a poco meno di 20 minuti, come per un test dell'antigene.
Inoltre, con il nuovo dispositivo non è necessario pipettare i vari reagenti per la PCR. I reagenti sono già presenti nei pozzetti, in forma liofilizzata. Il fatto che i kit di analisi per diversi agenti patogeni possano essere conservati a temperatura ambiente fino a sei mesi è un pratico effetto collaterale.
La pandemia dà una spinta al progetto
Tuttavia, Gregorini e Bechtold hanno dovuto superare una serie di sfide prima che questo approccio funzionasse in modo affidabile. Bechtold ha lavorato a lungo su un processo che asciuga i reagenti in modo da poterli miscelare facilmente con il campione in un secondo momento. "? stato un compito particolarmente complicato", spiega il 26enne lussemburghese. Allo stesso tempo, i reagenti devono aderire bene ai pozzetti, in modo che le cartucce di test sopravvivano al trasporto.
Il punto di svolta arriva nella primavera del 2020: la pandemia di coronavirus. "Improvvisamente, il progetto di ricerca diventa un prodotto medico incredibilmente richiesto", afferma Gregorini. Prima ancora che il virus arrivi davvero in Svizzera, gli ingegneri iniziano a sviluppare una cartuccia per rilevare la SARS-Cov-2 - il loro primo test diagnostico in assoluto.
E poi si va avanti in rapida successione. I due ricercatori hanno ricevuto la prima sovvenzione dal programma "Bridge" della Fondazione Nazionale Svizzera per la Scienza, seguita rapidamente da altri finanziamenti per il coronavirus. A settembre, i due sono stati ammessi all'ETH Pioneer Fellowship Programme. Nell'ottobre 2020 hanno fondato la società Diaxxo.
Da sviluppatore a manager
Oggi Diaxxo conta già dodici collaboratori. Un team in crescita di specialisti hardware e software, biotecnologi e ingegneri elettrici sta lavorando per migliorare ulteriormente il dispositivo PCR e renderlo pronto per il mercato.
Nel frattempo, i due fondatori dell'azienda non sono più principalmente sviluppatori di prodotti, ma hanno assunto il ruolo di manager. Rispondono alle domande dei collaboratori, preparano le presentazioni per i potenziali investitori, mandano avanti e indietro le e-mail con i partner del progetto: Solo in prima serata, quando la maggior parte delle persone ha già finito di lavorare, Gregorini trova il tempo di dare un'occhiata ai progressi fatti nel workshop dell'ETH di Zurigo.
Uno studio sul campo a Zanzibar fornisce un contributo importante
L'elenco delle persone interessate al dispositivo PCR si allunga sempre di più. Ogni giorno arrivano nuove richieste. Anche un importante operatore di crociere ha bussato alla porta. Tuttavia, poiché il dispositivo non è ancora certificato come prodotto medico, i fondatori dell'azienda non possono vendere a clienti privati, ma si concentrano su collaborazioni di ricerca. In progetti congiunti, possono migliorare l'idoneità del dispositivo all'uso pratico.
L'ETH ha avviato la sua più grande collaborazione con l'Istituto svizzero di salute pubblica e tropicale (Swiss TPH). I dispositivi Diaxxo sono attualmente utilizzati in uno studio sul campo a Zanzibar per testare i bambini delle scuole per la malattia parassitaria della schistosomiasi.
Il nuovo dispositivo PCR è particolarmente interessante per i partner dell'Istituto tropicale, perché permette di effettuare i test direttamente nelle varie scuole, invece di allestire un centro di laboratorio e di trasportarvi ogni volta i campioni. Gregorini e Bechtold sono ora a disposizione 24 ore su 24 per assistere i ricercatori nell'uso del dispositivo. Dall'adattamento del software alle istruzioni per le riparazioni locali, sono già state necessarie molte improvvisazioni.
Per Bechtold, l'ambiente dinamico è uno dei maggiori vantaggi del suo lavoro. "Allo stesso tempo, i fondatori dell'azienda sono consapevoli che la durata di Diaxxo è probabilmente limitata. "Espandere la gamma di prodotti fino a renderla redditizia è una sfida importante per una piccola azienda nel settore dei dispositivi medici", spiega Gregorini.
Uno scenario possibile è che Diaxxo venga acquisita da un'azienda più grande nei prossimi anni. Per il momento, tuttavia, l'obiettivo comune dei due fondatori della startup rimane quello di andare a tutto gas e vedere fino a dove possono arrivare.