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Embora seja um hobby popular para muitos, a pesca também é um passatempo cheio de incertezas. Cada vez que você tem algo na linha, você nunca pode estar completamente certo de que tipo de peixe você fisgou até tirá-lo da água. De maneira semelhante, os cientistas que “pescam” biomarcadores – moléculas cujas aplicações de saúde incluem a sinalização da presença de câncer – em biofluidos como o sangue também podem encontrar imprevisibilidade. Encontrar um biomarcador de proteína específico em um pool de milhares é como tentar pegar uma espécie de peixe em particular no vasto oceano.
Felizmente, uma equipe de pesquisadores da Faculdade de Artes e Ciências (A&S) da Universidade de Syracuse, SUNY Upstate Medical University, Ichor Therapeutics e Clarkson University desenvolveram um pequeno sensor de tamanho nano capaz de detectar biomarcadores de proteínas em uma amostra em uma única molécula. precisão. Apropriadamente cunhado como “anzol e isca”, um minúsculo aglutinante de proteína se funde a um pequeno orifício criado na membrana de uma célula – conhecido como nanoporo – que permite que a solução iônica flua através dele. Quando o sensor reconhece uma molécula alvo, o fluxo iônico muda. Essa mudança no fluxo serve como sinal do sensor de que o biomarcador foi encontrado.
“Esses nanoporos são equipados com ganchos que extraem certos biomarcadores de proteínas de uma solução”, diz Liviu Movileanu, professor de física na A&S, co-autor do estudo junto com o pesquisador de pós-doutorado Mohammad Ahmad. “Ao pescá-los da solução com rapidez e precisão, podemos identificar e quantificar melhor os biomarcadores de proteínas associados a várias malignidades hematológicas e tumores sólidos”.
A última pesquisa da equipe, publicada na Natureza Comunicações, aborda os desafios anteriores que existiam para tornar essa tecnologia generalizável. Suas novas descobertas formulam uma arquitetura de design de sensor que pode ser aplicada a uma ampla gama de alvos de proteínas.
Combinando tecnologias inovadoras
Pela primeira vez, a equipe acoplou a tecnologia de nanoporos com a tecnologia mimética de anticorpos – andaimes de proteínas projetados artificialmente que se ligam e interagem com um biomarcador específico e se comportam como anticorpos. As células dentro do corpo projetam seus próprios anticorpos que se ligam e eliminam substâncias indesejadas. Quando se trata de terapêutica, os cientistas projetam pequenas proteínas para penetrar nas células e estimular a produção de anticorpos que visam patógenos específicos, como vírus ou bactérias.
“Os pesquisadores projetam os andaimes usando andaimes estabelecidos da mãe natureza e os adaptam usando mutagênese evolutiva – onde eles escaneiam bilhões de mutações de DNA até encontrarem algumas que interagem fortemente com uma proteína específica”, diz Movileanu, cujo trabalho no projeto foi apoiado por uma doação de US$ 1,2 milhão do National Institutes of Health. “A criação de tecnologias de detecção de proteínas altamente específicas atenderá a essas demandas e também acelerará as descobertas de novos biomarcadores com possíveis consequências para a progressão de condições patológicas”.
Segundo Movileanu, além de funcionar em solução limpa, o sensor também é altamente eficaz em biofluidos complexos, como o soro sanguíneo, que contém inúmeros anticorpos.
“Essencialmente, você tem um gancho muito específico que visa uma proteína muito específica”, explica ele. “Como o sinal codifica a proteína exata que você está mirando, essa técnica não apresenta falsos positivos, tornando-a prática para diagnósticos biomédicos”.
Para validar suas descobertas, a equipe testou sua hipótese usando uma amostra de soro sanguíneo. Com sua tecnologia, eles foram capazes de identificar e quantificar o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), um biomarcador de proteínas em vários tipos de câncer. Além disso, numerosas calibrações dos sensores foram realizadas usando outras técnicas biofísicas.
Na vanguarda do diagnóstico
Embora o artigo forneça um protótipo de conceito, Movileanu diz que o projeto abre caminho para aplicações amplas. Por exemplo, ao integrar os sensores em dispositivos nanofluídicos, essa tecnologia permitiria aos cientistas testar vários biomarcadores diferentes de uma só vez em uma amostra, fornecendo uma base fundamental para a detecção de biomarcadores em biofluidos complexos.
“O futuro da medicina não dependerá tanto de imagens e biópsias ao diagnosticar cânceres”, diz Movileanu. “Em vez disso, os pesquisadores usarão a tecnologia de nanossensores, como a que estamos desenvolvendo em nosso laboratório, para testar amostras de sangue quanto à presença de vários biomarcadores associados a diferentes tipos de câncer. Esta pesquisa é crítica para o futuro dos prognósticos, diagnósticos e terapias.”
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