Biossensores na medicina


Segunda-feira, 28 de agosto de 2017 às 11h09


Avanços recentes no campo da biologia molecular estão ampliando as possibilidades de uso de biossensores no diagnóstico e na prevenção de doenças. Desenvolvidos com base em elementos de reconhecimento biológico, como antígenos e anticorpos, esses dispositivos podem se tornar aparelhos portáteis e baratos, semelhantes aos utilizados na medição das taxas de glicose no sangue.

Rodrigo Oliveira Andrade | Revista Pesquisa FAPESP

Amplamente usados em outros países, os biossensores atraem cada vez mais a atenção de grupos de pesquisa brasileiros, que nos últimos anos passaram a investir em dispositivos voltados especificamente para a detecção de doenças infecciosas negligenciadas, associadas à pobreza e à falta de saneamento básico.

É o caso dos pesquisadores do Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP). Desde 2010 eles trabalham no desenvolvimento de um conjunto de sensores capazes de identificar sinais de doenças diversas. Caso se mostrem eficazes nos próximos estágios de avaliação, esses aparelhos podem se tornar uma alternativa aos exames realizados em laboratórios de análises clínicas e ser usados em consultórios médicos ou por agentes de saúde em visitas às residências de pessoas que vivem em regiões remotas do país.

 

Portáteis e precisos, dispositivos pretendem aprimorar diagnóstico de doenças infecciosas e genéticas. Foto: Léo Ramos Chaves/Revista Pesquisa FAPESP

 

Nos Estados Unidos, os biossensores há algum tempo estão sendo usados por médicos para acelerar os resultados de exames ou no monitoramento das condições de saúde de indivíduos acometidos por doenças como Aids e hepatite C. Em outras situações, ajudam a medir os níveis de oxigênio ou álcool no sangue, como no caso de um biossensor flexível criado por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego.

Também os Institutos Nacionais de Saúde (NIH) daquele país investem em pesquisas para a concepção de biossensores médicos baseados em sistemas diversos, seja de atração química, correntes elétricas, detecção de luz, entre outros.

No IFSC-USP, um dos biossensores médicos em estágio mais avançado de desenvolvimento é o de diagnóstico da dengue, doença que acomete 390 milhões de pessoas no mundo por ano, segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS). O dispositivo baseia-se na identificação elétrica da proteína NS1, secretada pelo vírus na corrente sanguínea nos primeiros dias após a infecção. Essa proteína, um antígeno, induz uma resposta imune no organismo humano para produzir anticorpos contra ela. O problema é que isso acontece somente após o quinto dia, o que dificulta a detecção precoce da doença.

Para acelerar esse processo, os físicos Nirton Cristi e Alessandra Figueiredo, sob coordenação do engenheiro de materiais Valtencir Zucolotto e do físico Francisco Guimarães, desenvolveram um sistema de diagnóstico da dengue com base na imunoglobulina IgY, anticorpo que combate a NS1.

A IgY foi isolada de galinhas inoculadas com NS1 e, em seguida, imobilizada em um eletrodo de ouro acoplado a um circuito, sobre o qual há um fluxo constante de elétrons. A ideia é que o exame seja feito por meio de uma gota de sangue sobre o dispositivo. Se houver infecção, ao entrar em contato com a NS1, a imunoglobulina IgY altera o fluxo de elétrons, produzindo um sinal que é registrado e processado por um software. O resultado sai em até 20 minutos.

“Quanto maior a concentração de NS1 no eletrodo, mais intensa será a alteração do potencial elétrico”, explica Nirton, hoje professor no Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), em São José dos Campos. O projeto foi desenvolvido com a empresa DNApta Biotecnologia, de São José do Rio Preto, que compartilha os direitos da patente da tecnologia.

Por meio de uma abordagem distinta, a professora Maria Rita Sierakowski e o doutorando Cleverton Luiz Pirich, do grupo BioPol da Universidade Federal do Paraná (UFPR), criaram um biodispositivo de detecção da NS1 baseado em uma microbalança de quartzo com sensores piezoelétricos, capazes de gerar corrente elétrica quando deformados por uma pressão mecânica.

O sistema foi desenvolvido em colaboração com o Instituto de Química da USP. É composto por um cristal de quartzo, um eletrodo de ouro revestido com polietilenimina e nanofilmes de nanocristais de celulose bacteriana, modificados para reagir quimicamente ao entrar em contato com a NS1, alterando os padrões de frequência e dissipação de energia nos nanocristais. “Desse modo, quando uma amostra de soro contendo NS1 é colocada sobre o biossensor, é possível verificar, a partir de um software, se a proteína se ligou à superfície do material por meio da detecção de microvibrações mecânicas”, explica Maria Rita.

O biossensor para diagnóstico de dengue integra uma série de outros dispositivos criados pelos pesquisadores de São Carlos. Todos baseiam-se em sistemas eletroquímicos que alteram padrões de sinais elétricos ao detectarem eventos biológicos específicos.


Leia a íntegra da reportagem na Revista Fapesp.

O detector Super-Kamiokande, no Japão. Localizado 1.000 metros abaixo do solo, o equipamento é constituído por um tanque de aço inoxidável com 50 mil toneladas de água. E cerca de 11 mil sensores. Nele foi realizado e experimento que deu o Nobel a Kajita. Foto:Kamioka Observatory/ICRR/University of Tokyo

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