Pesquisadores da Universidade Rutgers desenvolveram uma maneira de detectar o início precoce de doenças infecciosas mortais usando um teste ultrassensível que poderia revolucionar, um dia, as abordagens médicas para epidemias.
O teste, descrito na Science Advances, é um sensor eletrônico contido em um chip de computador. Ele utiliza nanoesferas que são aglomerados microscópicos esféricos feitos de partículas de material genético ainda menores, cada uma delas com diâmetros mil vezes menores do que a largura de um cabelo humano, e combinam essa tecnologia com dispositivos eletrônicos avançados.
“Durante a pandemia de COVID, uma das coisas que não existia, mas poderia ter contido a disseminação do vírus, era um diagnóstico de baixo custo que pudesse detectar pessoas conhecidas como “infectadas silenciosas” que são os pacientes que não sabem que estão infectados porque não apresentam sintomas”, disse Mehdi Javanmard, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia da Rutgers e autor do estudo. “Em uma pandemia, detectar uma infecção precocemente com precisão é o Santo Graal. Porque, uma vez que uma pessoa está mostrando sintomas como espirros e tosse, ja é tarde demais. Essa pessoa provavelmente infectou outras 20 pessoas.”
Nos últimos 20 anos, Mehdi vem desenvolvendo biossensores que são dispositivos que monitoram e transmitem informações sobre um processo biológico. Durante a pandemia de COVID-19, ele ficou desanimado com a extensão das infecções e a perda extrema de vidas. Ele acreditava que deveria haver uma maneira de usar biossensores como teste para detectar doenças mais cedo.
Trabalhando com Muhammad Tayyab, estudante de doutorado da Rutgers e coautor do estudo, Mehdi e colegas de pesquisa do Instituto Karolinska na Suécia e das universidades de Stanford e Yale começaram a pensar.
“Pensamos: como podemos alavancar nossa experiência individual para construir algo novo?”, disse Mehdi.
O biossensor desenvolvido pela equipe funciona por meio de uma série de etapas. Primeiro, ele se concentra na sequência genética característica de um vírus. Em seguida, ele cria muitas cópias, até 10.000 da sequência genética. Depois, ele aglomera esse material genético em nanoesferas que são “grandes” o suficiente para serem detectadas.
As nanoesferas são identificadas eletricamente quando são direcionadas individualmente através de canais minúsculos contendo eletrodos em lados opostos. O processo é semelhante a pessoas passando individualmente por um portão de segurança do aeroporto e sendo submetidas a raios-X uma por uma.
“Nosso método envolve pegar o material de ácido nucleico viral e enrolá-lo em uma esfera de DNA grande o suficiente para ser detectada por um dispositivo de medição celular conhecido como citômetro eletrônico”, disse Mehdi. “Como resultado, podemos identificar a infecção em suas primeiras fases, quando a concentração ainda é muito baixa.”
A abordagem funciona em amostras retiradas de sangue e saliva e demonstrou detectar infecções precoces de vários vírus, incluindo o rinovírus que causa o resfriado comum, e até infecções bacterianas como a tuberculose. A tecnologia, que foi miniaturizada e está contida em um chip de computador, é pequena o suficiente para ser portátil e usável.
O uso comercial mais importante esperado seria a identificação de infecções virais em estágios iniciais. No final das contas, a tecnologia também pode ser usada para testar doenças bacterianas, bem como contaminação bacteriana encontrada em alimentos e suprimentos de água, disse Mehdi.
“Esses patógenos podem ser devastadores para a economia, o sustento das pessoas e a saúde das pessoas”, disse Mehdi. “Não devemos parar de nos preparar para isso. Precisamos criar a próxima geração de ferramentas para combatê-los. E é isso que essa tecnologia realmente é”.
Referências
Muhammad Tayyab, Donal Barrett, Gijs van Riel, Shujing Liu, Björn Reinius, Curt Scharfe, Peter Griffin, Lars M. Steinmetz, Mehdi Javanmard, Vicent Pelechano. Digital assay for rapid electronic quantification of clinical pathogens using DNA nanoballs. Science Advances, 2023; 9 (36) DOI: 10.1126/sciadv.adi4997
