Teste de nanotecelagem em ouro a $2 que detecta doenças fatais em minutos

Em um novo estudo, os pesquisadores demonstraram que o teste pode detectar o vírus que causa a COVID-19 com precisão milimétrica, distinguindo-o claramente de outras infecções.

O novo dispositivo de diagnóstico, chamado NasRED (Detecção Eletrônica Rápida Suportada por Nanopartículas), é simples e portátil o suficiente para ser usado em quase qualquer lugar – desde clínicas rurais remotas até hospitais urbanos movimentados. A ferramenta fornece precisão de laboratório sem equipamentos caros e não requer treinamento especializado, podendo, assim, tornar-se um divisor de águas na saúde pública.

“Temos a velocidade e a facilidade de uso de um teste de antígeno rápido com uma sensibilidade até melhor do que os testes em laboratório”, afirma Chao Wang, autor principal do novo estudo. “Isso é muito difícil de alcançar.”

Wang é professor associado do Centro Biodesign para Design Molecular e Biomimética e da Escola de Engenharia Elétrica, Computação e de Energia da ASU. Ele é acompanhado pelos pesquisadores da ASU Yeji Choi, Seyedsina Mirjalili, Ashif Ikbal, Sean McClure, Maziyar Kalateh Mohammadi, Scott Clemens, Jose Solano, John Heggland, Tingting Zhang e Jiawei Zuo.

A pesquisa aparece na edição atual da revista ACS Nano.

Detendo a propagação de doenças infecciosas

As doenças infecciosas são uma das ameaças mais mortais da humanidade, causando imenso sofrimento e danos econômicos em todo o mundo. Coletivamente, as doenças infecciosas causam mais de 10 milhões de mortes anualmente em todo o mundo, e são a principal causa de morte em países de baixa renda.

Quase 800.000 americanos morrem ou ficam permanentemente incapacitados a cada ano devido a erros de diagnóstico, segundo um estudo publicado na BMJ Quality & Safety. Muitos desses casos envolvem infecções ou eventos vasculares que poderiam ter sido tratados se tivessem sido detectados precocemente.

Em muitos países de baixa e média renda, o acesso a testes diagnósticos confiáveis é limitado ou inexistente. Equipamentos caros, escassez de pessoal treinado e longos tempos de espera contribuem para diagnósticos atrasados ou perdidos – frequentemente com consequências fatais.

Um teste rápido, acessível e portátil como o NasRED permitiria que trabalhadores da saúde na linha de frente globalmente detectassem infecções precocemente e respondessem antes que os surtos saíssem de controle.

“Em muitas partes do mundo, incluindo os EUA, as doenças estão se espalhando, mas as pessoas muitas vezes não se testam – mesmo para algo como o HIV. Idealmente, você gostaria de testá-las regularmente, para detectar infecções precocemente,” diz Wang. “Por exemplo, pessoas que usam drogas injetáveis têm maior risco de HIV ou HCV, mas podem estar vivendo nas ruas e serem difíceis de alcançar. Se não as testarmos consistentemente ao longo do tempo, podemos perder a chance de intervir – até que desenvolvam complicações sérias como câncer ou doenças no fígado, quando é muito mais difícil de tratar.”

Diagnosticando com precisão

No coração do novo teste estão minúsculas nanopartículas de ouro, projetadas para detectar quantidades extremamente pequenas de proteínas relacionadas a doenças. Os pesquisadores revestem essas nanopartículas com moléculas especiais projetadas para detectar doenças específicas.

Algumas nanopartículas carregam anticorpos, moléculas minúsculas que atuam como ímãs. Anticorpos aderem a proteínas liberadas por vírus ou bactérias quando infectam o corpo. Outras nanopartículas carregam antígenos, fragmentos de proteínas provenientes diretamente de vírus ou bactérias. Esses fragmentos atraem naturalmente os anticorpos produzidos pelo corpo para combater infecções.

Uma vez revestidas, essas nanopartículas são combinadas com uma pequena amostra de fluido corporal, como uma gota de sangue, saliva ou fluido nasal. Se uma doença estiver presente, a maioria das nanopartículas irá afundar no fundo do tubo. Se não houver doença, elas permanecerão suspensas em todo o líquido.

O dispositivo NasRED brilha uma pequena luz LED através do líquido na parte superior do tubo. A equipe construiu um detector eletrônico personalizado que percebe quanta luz passa pelo tubo. Mais luz significa que as nanopartículas afundaram no fundo, tornando o líquido superior mais claro, o que indica a presença da doença.

Preciso, acessível e econômico

O dispositivo é tão sensível que pode detectar a doença mesmo quando apenas algumas centenas de moléculas estão presentes em uma pequena amostra de fluido – apenas uma fração de uma única gota. Esta concentração é quase 100.000 vezes inferior ao que os testes laboratoriais padrão requerem.

Além de sua promessa, a portabilidade e acessibilidade do NasRED são notáveis. Os atuais padrões ouro para testes, como PCR ou ELISA, requerem equipamentos caros e técnicos treinados. O NasRED é compacto e fácil de usar. Os pesquisadores estimam que cada teste custe $2, tornando-o ideal para uso em locais com poucos recursos ou remotos.

O NasRED tem o potencial de preencher uma lacuna crítica no diagnóstico, especialmente para doenças que são difíceis de detectar precocemente, como hepatite C, HIV ou doença de Lyme. Ele também é promissor para surtos emergentes com baixa prevalência, mas alto risco. Essas doenças frequentemente não são diagnosticadas porque realizar um teste laboratorial para apenas um ou dois pacientes não é economicamente viável. O NasRED preenche essa lacuna, oferecendo um teste altamente sensível que funciona imediatamente e de forma econômica no ponto de atendimento.

Embora o NasRED atualmente exija pequenas máquinas de bancada para girar e misturar amostras, os pesquisadores estão trabalhando para miniaturizar e automatizar ainda mais o processo. Com o desenvolvimento contínuo, a tecnologia pode um dia se tornar um teste conveniente em casa, semelhante aos testes rápidos de COVID-19 existentes. No entanto, teria uma sensibilidade muito superior e aplicações mais amplas.

Um salto significativo nos diagnósticos

O NasRED supera dramaticamente os padrões de diagnóstico existentes. O novo estudo mostra que o NasRED é aproximadamente 3.000 vezes mais sensível que o ELISA, requer 16 vezes menos volume de amostra e fornece resultados aproximadamente 30 vezes mais rápidos.

Uma versão anterior da tecnologia detectou Ebola em uma pequena amostra de sangue. “Para a nova tecnologia, reduzimos a sensibilidade para a faixa attomolar,” diz Wang. Isso é como detectar uma única gota de tinta em 20 piscinas olímpicas.

A tecnologia promete detectar cargas virais diretamente de fluidos corporais sem a preparação complexa de amostras utilizada em métodos baseados em PCR. Em testes preliminares com partículas reais do coronavírus, o NasRED alcançou sensibilidades comparáveis à do Abbott ID NOW, um teste molecular popular para muitas doenças, como COVID-19.

“Uma das forças do nosso sensor é que ele é altamente modular”, diz Wang. “As nanopartículas são projetadas de forma que podemos facilmente trocar diferentes proteínas, permitindo que a mesma plataforma seja adaptada para muitas doenças diferentes. Já demonstramos essa abordagem em nossa pesquisa sobre E. coli produtora de toxina Shiga, bem como biomarcadores de câncer, proteínas relacionadas à doença de Alzheimer, doença de Lyme e febre suína africana.”

Wang recebeu recentemente o Prêmio Emerging Leader da Bay Area Lyme Foundation e fará uso da alta sensibilidade e portabilidade desta nova tecnologia para detectar infecções precoces por Lyme.

À medida que a tecnologia evolui, seu alcance de aplicações pode se estender além das doenças infecciosas. A detecção precoce de cânceres, monitoramento em tempo real de doenças crônicas e melhor vigilância de ameaças à saúde pública estão todas ao nosso alcance.