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Os pesquisadores da Rutgers desenvolveram uma maneira de detectar o início precoce de doenças infecciosas mortais usando um teste tão ultrassensível que algum dia poderá revolucionar as abordagens médicas às epidemias.
O teste, descrito em Avanços da Ciência, é um sensor eletrônico contido em um chip de computador. Ele emprega nanobolas – aglomerados esféricos microscópicos feitos de partículas menores de material genético, cada uma delas com diâmetros 1.000 vezes menores que a largura de um fio de cabelo humano – e combina essa tecnologia com eletrônica avançada.
“Durante a pandemia de COVID, uma das coisas que não existiam, mas que poderiam ter contido a propagação do vírus, era um diagnóstico de baixo custo que pudesse sinalizar pessoas conhecidas como ‘infectadas silenciosamente’ – 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 Rutgers e autor do estudo. “Numa pandemia, identificar precocemente uma infecção com precisão é o Santo Graal. Porque quando uma pessoa apresenta sintomas – espirros e tosse – é tarde demais. Essa pessoa provavelmente infectou 20 pessoas.”
Nos últimos 20 anos, Javanmard tem desenvolvido biossensores – dispositivos que monitoram e transmitem informações sobre um processo vital. Durante a pandemia de COVID-19, ele ficou desanimado com a extensão das infecções e a extrema perda 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, Javanmard e colegas de pesquisa do Instituto Karolinska na Suécia e das universidades de Stanford e Yale começaram um brainstorming.
“Pensamos: como podemos aproveitar nossa experiência individual para construir algo novo?” Javanmard disse.
O biossensor desenvolvido pela equipe funciona por meio de uma série de etapas. Primeiro, ele se concentra na sequência característica de ácidos nucléicos de um vírus – compostos químicos de ocorrência natural que servem como as principais moléculas transportadoras de informações em uma célula. Em seguida, porque amplifica qualquer sequência de ácidos nucleicos encontrada na amostra, faz muito mais cópias, até 10.000. Em seguida, ele agrupa milhares de partículas de ácidos nucléicos em nanobolas que são “grandes” o suficiente para serem detectadas.
As nanobolas são identificadas eletricamente quando são direcionadas individualmente através de minúsculos canais contendo eletrodos em lados opostos. O processo é semelhante a pessoas caminhando em fila única através do portão de segurança de um aeroporto e sendo radiografadas uma por uma.
“Nosso método envolve pegar o material de ácido nucleico viral e enrolá-lo em uma bola de DNA que é grande o suficiente para ser detectada por um dispositivo de medição celular conhecido como citômetro eletrônico”, disse Javanmard. “Como resultado, podemos sinalizar a infecção nos estágios iniciais, quando a concentração ainda é muito baixa”.
A abordagem funciona em amostras colhidas de sangue e saliva e demonstrou detectar infecções precoces por vários vírus, incluindo o rinovírus que causa o resfriado comum, e até mesmo infecções bacterianas, como a tuberculose. A tecnologia, que foi miniaturizada e contida em um chip de computador, é pequena o suficiente para ser portátil e vestível.
Espera-se que o uso mais imediato, uma vez comercializado, seja a eficácia do teste na sinalização de infecções virais em estágios iniciais. Em última análise, a tecnologia também pode ser usada para testar doenças baseadas em bactérias, bem como contaminação bacteriana encontrada em alimentos e fontes de água, disse Javanmard.
“Estes agentes patogénicos podem ser devastadores para a economia, para a subsistência das pessoas e para a saúde das pessoas”, disse Javanmard. “Não devemos parar de nos preparar para isso. Precisamos criar a próxima geração de ferramentas para detê-los. E é isso que esta tecnologia realmente é.”
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