Os pesquisadores usaram componentes disponíveis no mercado para criar um dispositivo sensor que não só é de baixo custo, mas também pode detectar rapidamente 32 patógenos diferentes com uma sensibilidade comparável aos biossensores mais avançados usados em laboratórios de patologia. O novo dispositivo tem aplicações que vão desde o monitoramento da eficácia das terapias contra o câncer até a previsão do curso de doenças virais.
Diagnosticar doenças precocemente beneficia pacientes e médicos. Permite que os tratamentos retardem a progressão da doença e reduzam o risco de complicações, melhorando assim a saúde a longo prazo. Tendo em conta a importância do diagnóstico precoce, uma equipa do laboratório de investigação Helmholtz Zentrum Dresden-Rosendorf (HZDR), na Alemanha, utilizou componentes disponíveis no mercado para criar um dispositivo económico, do tamanho da palma da mão, que pode detectar 32 agentes patogénicos diferentes simultaneamente.
Para criar o novo dispositivo, os pesquisadores pegaram emprestados conceitos básicos da área de eletrônica, usando transistores de efeito de campo (FETs). Os transistores de efeito de campo usam campos elétricos para controlar o fluxo de eletricidade em semicondutores. Possui três componentes: fonte, comporta e dreno. A aplicação de uma tensão na superfície da porta altera seu potencial e controla o fluxo de corrente entre a fonte e o dreno. O dispositivo “liga” somente quando a tensão da porta atinge um determinado limite. Diferentes patógenos geram diferentes potenciais elétricos e, portanto, diferentes correntes. Por exemplo, as células cancerosas produzem uma corrente elétrica diferente da do vírus da gripe. Nenhuma mudança significativa na corrente significa que nenhuma biomolécula relevante para a doença está ligada à superfície do sensor (gate) e vice-versa.
Uma grande desvantagem dos biossensores tradicionais baseados em transistores de efeito de campo é que a superfície de teste não pode ser reutilizada e todo o transistor precisa ser descartado após o uso, o que é caro e não é ecologicamente correto. Para resolver este problema, os pesquisadores usaram um eletrodo separado conectado à porta do transistor para medir mudanças no potencial elétrico.
“Isso nos deu a oportunidade de usar o transistor várias vezes”, disse Larysa Baraban, autora correspondente do estudo. "Separamos o portão e o chamamos de 'portão estendido' - uma extensão do sistema de teste."
Para melhorar ainda mais o sistema, os pesquisadores criaram uma porta de expansão com 32 plataformas de teste capazes de detectar vários patógenos.
“Certamente esperamos que este sistema possa realizar múltiplas análises”, disse Balaban. “Isso significa que uma amostra pode ser testada para diferentes patógenos em cada almofada ao mesmo tempo”.
Os pesquisadores usaram seu dispositivo para detectar a interleucina-6 (IL-6), uma proteína produzida em resposta a infecções e danos nos tecidos. É um potente marcador de ativação do sistema imunológico e está elevado em inflamações, infecções, doenças autoimunes, doenças cardiovasculares e certos tipos de câncer.
“Seja um simples resfriado ou câncer, as concentrações de IL-6 mudam”, disse Balaban. "Diferentes doenças e diferentes estágios da doença produzem diferentes manifestações clínicas. É por isso que a IL-6 é muito adequada como marcador."
Eles descobriram que a adição de nanopartículas de ouro, usando um kit de nanopartículas pronto para uso projetado para pesquisadores, poderia concentrar ou localizar cargas e amplificar o sinal de tensão, aumentando assim a sensibilidade do dispositivo. A sensibilidade do teste foi significativamente maior do que quando se trabalha sem nanopartículas.
Eles descobriram que seu dispositivo produzia resultados rapidamente, com valores de sensibilidade e limite de detecção (LOD) comparáveis aos biossensores baseados em transistores de efeito de campo de última geração. Na verdade, o dispositivo tem um valor de LOD muito mais baixo em comparação com o método padrão de ensaio imunoenzimático (ELISA) comumente usado por laboratórios para detectar anticorpos no sangue.
Os investigadores afirmam que o seu dispositivo biossensor é de baixo custo e tem uma gama de aplicações potenciais, desde a monitorização do progresso da imunoterapia em pacientes com cancro até à previsão da gravidade e evolução de doenças virais, como a gripe ou a COVID-19.
A pesquisa foi publicada na revista Biosensors and Bioelectronics.