Em meio à pandemia de COVID-19 e o crescente aumento de variantes do vírus causador da doença, novas possibilidades de combate ao caos da saúde pública são muito importantes.
É por isso que estudos seguem sendo feitos para desmistificar e possibilitar novas frentes de prevenção, tratamento e diagnóstico clínico. É o caso do dispositivo recentemente produzido por uma equipe multidisciplinar de pesquisadores brasileiros.
É por isso que estudos seguem sendo feitos para desmistificar e possibilitar novas frentes de prevenção, tratamento e diagnóstico clínico. É o caso do dispositivo recentemente produzido por uma equipe multidisciplinar de pesquisadores brasileiros.
Coordenado pelo físico Osvaldo Novais de Oliveira Junior, professor do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP), o estudo apresenta um novo método de diagnóstico clínico por meio de genossensores.
Baseados em ácidos nucleicos que detectam fitas simples com sequências complementares de DNA ou RNA, os biossensores possibilitam testes em massa para detecção imediata e sensível de material genético.
Baseados em ácidos nucleicos que detectam fitas simples com sequências complementares de DNA ou RNA, os biossensores possibilitam testes em massa para detecção imediata e sensível de material genético.
O resultado da análise, ou seja, o exame de COVID-19 feito por esse dispositivo pode ficar pronto em 30 minutos, com custos em escala laboratorial de menos de um dólar para cada genossensor. Além disso, o custo dos componentes do medidor de impedância, que constitui parte durável do dispositivo, é inferior a mil reais.
“E esse método não necessita de pessoa especializada para as análises, diferentemente do método padrão utilizado, o RT-PCR.”
“E esse método não necessita de pessoa especializada para as análises, diferentemente do método padrão utilizado, o RT-PCR.”
“O exame tradicional, que é o de reação em cadeia da polimerase em tempo real, requer horas de sofisticados equipamentos de laboratório e profissionais especializado e, portanto, inadequado para países de baixa renda ou lugares remotos com recursos limitados”, explica o químico Paulo Augusto Raymundo Pereira, do IFSC-USP, um dos responsáveis pela pesquisa.
Além de mais barato e mais acessível, os biossensores também têm maior sensibilidade. Mas, como a COVID-19 pode ser identificada por esse tipo de exame?
Além de mais barato e mais acessível, os biossensores também têm maior sensibilidade. Mas, como a COVID-19 pode ser identificada por esse tipo de exame?
“Nosso genossensor imobiliza uma fita simples de DNA, utilizada como sequência de captura. Em condições apropriadas, a fita simples imobilizada liga-se a outra fita simples e complementar de DNA eventualmente contida na amostra líquida a ser analisada. Esse processo, chamado de hibridização, denuncia a presença do Sars-Cov-2 na amostra, que pode ser constituída por saliva ou outros fluidos corporais”, comenta Paulo Raymundo.
O MÉTODO
Conforme o químico, os biossensores de DNA foram fabricados em eletrodos de vidro contendo trilhas com dimensões micrométricas ou em superfície contendo nanopartículas de ouro.
Assim, uma matriz com monocamada auto-organizada de ácido 11-mercaptoundecanóico (11-MUA) é ligada quimicamente ao ouro para criar um ambiente propício para imobilização de uma simples fita de DNA usada como sequência de captura (cpDNA).
Assim, uma matriz com monocamada auto-organizada de ácido 11-mercaptoundecanóico (11-MUA) é ligada quimicamente ao ouro para criar um ambiente propício para imobilização de uma simples fita de DNA usada como sequência de captura (cpDNA).
É assim que, em condições apropriadas, a simples fita de DNA contida em amostra líquida liga-se a sequência de captura (cpDNA) em um evento denominado de hibridização, capaz de acusar a presença do vírus.
“A detecção é realizada usando espectroscopias de impedância elétrica ou eletroquímica e ressonância de plasma de superfície localizada. Após a hibridização, nas espectroscopias de impedância ocorre um aumento da resistência elétrica na superfície do sensor que pode ser monitorada pelo analisador de impedância de baixo custo desenvolvido em nosso laboratório pelo engenheiro Lorenzo Buscaglia.”
“A detecção é realizada usando espectroscopias de impedância elétrica ou eletroquímica e ressonância de plasma de superfície localizada. Após a hibridização, nas espectroscopias de impedância ocorre um aumento da resistência elétrica na superfície do sensor que pode ser monitorada pelo analisador de impedância de baixo custo desenvolvido em nosso laboratório pelo engenheiro Lorenzo Buscaglia.”
“Já o RPSL monitora o deslocamento do pico de absorbância no espectro transmitido devido à hibridização entre a cpDNA e a sequência complementar do vírus usando um espectrofotômetro. A maior sensibilidade foi alcançada com espectroscopia de impedância com um limite de detecção de 0,5 atomolar. Essa sensibilidade corresponde a 0,3 cópias por µL e deve ser suficiente para detectar a sequência de DNA na saliva ou em outros fluidos corporais. Este desempenho pode ser atribuído à alta sensibilidade da técnica de impedância elétrica combinada com arranjo adequado das sequências nos eletrodos e hibridização entre as sequências complementares.”
TECNOLOGIA ALIADA
O diagnóstico de sequências complementares da COVID-19 foi feito também com técnicas de aprendizado de máquina aplicadas a imagens de microscopia eletrônica de varredura obtidas de genossensores expostos a concentrações distintas das sequências de DNA complementares.
Segundo o químico, com as constatações, possibilidades de avanços são avistadas, como o uso de telefones celulares como aliados no diagnóstico da doença.
Segundo o químico, com as constatações, possibilidades de avanços são avistadas, como o uso de telefones celulares como aliados no diagnóstico da doença.
“Ao aplicar algoritmos de aprendizado de máquina supervisionados e não supervisionados ao processamento de imagens, pudemos obter alta precisão de distinção entre as diferentes concentrações de sequências de DNA e do vírus. Essa capacidade abre vários caminhos para a detecção sem instrumento de COVID-19 se um microscópio óptico portátil puder ser acoplado a smartphones. Considerando a análise das imagens, pode-se especular que fotos de smartphones podem ser usadas no futuro, uma suposição que requer um estudo mais detalhado”, comenta.
Em todos os experimentos de detecção, a seletividade dos genossensores foi verificada com amostras controle, incluindo sequência negativa para Sars-Cov-2 e outros biomarcadores de DNA não relacionados ao COVID-19. Além disso, Paulo Raymundo destaca que o método é promissor também na detecção de variantes.
Ao aplicar algoritmos de aprendizado de máquina supervisionados e não supervisionados ao processamento de imagens, pudemos obter alta precisão de distinção entre as diferentes concentrações de sequências de DNA e do vírus. Essa capacidade abre vários caminhos para a detecção sem instrumento de COVID-19 se um microscópio óptico portátil puder ser acoplado a smartphones. Considerando a análise das imagens, pode-se especular que fotos de smartphones podem ser usadas no futuro, uma suposição que requer um estudo mais detalhado.
Paulo Augusto Raymundo Pereira, químico do IFSC-USP e um dos responsáveis pela pesquisa
“A vantagem de se usar várias metodologias de detecção está na versatilidade de operação que permite implementação do método de diagnóstico de acordo com a realidade de cada país ou de cada região de países continentais como é o caso do Brasil. E os genossensores propostos são promissores para detectar material genético de novas variantes. Após o sequenciamento genético, basta trocar a simples fita de DNA usada como sequência de captura para que seja detectado as novas variantes”, aponta.
O ESTUDO
A pesquisa teve início, segundo Paulo Raymundo, em razão dos desafios trazidos à humanidade pela pandemia COVID-19. “Isso deixou claro que métodos de baixo custo e facilmente implantáveis são essenciais para o diagnóstico clínico. Os genossensores podem ser uma solução para testes em massa de doenças que requerem detecção rápida e sensível de material genético. Os genossensores são biossensores baseados em ácidos nucleicos que detectam simples fitas com sequencias complementares de DNA ou RNA”, aponta.
Mas, e agora? O próximo passo é encontrar empresas interessadas na comercialização dos genossensores, já que o dispositivo já existe, em escala de laboratório, e a sua tecnologia pode ser transferida para qualquer empresa que cumpra com os requisitos necessários para a produção em massa.
“É preciso que empresas ou indústrias se interessem pela tecnologia e produzam em larga escala para comercialização. Uma das importâncias dessa pesquisa está na nossa capacidade de desenvolver biossensores e tecnologia de ponta para competir em condições de igualdade com qualquer outro país. Outro ponto importante é apresentar uma nova plataforma que utiliza outros tipos de matéria-prima para a produção dos testes de diagnóstico porque se o mundo todo precisar comprar os mesmos insumos, com certeza, teremos problemas para atender a demanda global ao mesmo tempo”, afirma.
A equipe multidisciplinar que desenvolveu o dispositivo integrou pesquisadores do IFSC-USP, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC-USP), da Embrapa Instrumentação e do Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe, de Curitiba, Paraná. O estudo recebeu apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
*Estagiária sob a supervisão da editora Teresa Caram
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