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

Em um novo estudo, os pesquisadores demonstram que o teste pode detectar o vírus que causa COVID-19 com precisão cirúrgica, diferenciando-o claramente de outras infecções.

O novo dispositivo de diagnóstico, chamado NasRED (Detecção Eletrônica Rápida Suportada por Nanopartículas), é simples e portátil, podendo ser utilizado em quase qualquer lugar — desde clínicas rurais remotas até hospitais urbanos movimentados. A ferramenta oferece precisão de qualidade laboratorial sem a necessidade de equipamentos caros e não requer treinamento especializado, o que a torna uma potencial revolução na saúde pública.

“Temos a velocidade e a facilidade de uso de um teste rápido de antígeno com uma sensibilidade ainda melhor do que os testes laboratoriais”, diz 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, Computacional 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 foi publicada na edição atual da revista ACS Nano.

Impediendo a propagação de doenças infecciosas

As doenças infecciosas são uma das ameaças mais mortais à humanidade, causando imenso sofrimento e danos econômicos em todo o mundo. Coletivamente, as doenças infecciosas provocam mais de 10 milhões de mortes anualmente 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 fossem 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 — muitas vezes com consequências fatais.

Um teste rápido, acessível e portátil como o NasRED permitiria que trabalhadores da saúde em todo o mundo detectassem infecções precocemente e respondessem antes que os surtos fugissem do 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 HIV. Idealmente, você gostaria de testá-las regularmente, para pegar infecções precocemente”, diz Wang. “Por exemplo, pessoas que usam drogas injetáveis têm risco mais alto de HIV ou HCV, mas podem estar vivendo nas ruas e serem de difícil acesso. Se não as testarmos consistentemente ao longo do tempo, podemos perder a chance de intervir — até que elas desenvolvam complicações graves como câncer ou doenças hepáticas, quando fica muito mais difícil tratar.”

Um salto significativo nos diagnósticos

No cerne do novo teste estão minúsculas nanopartículas de ouro, engenheiradas 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. Os anticorpos se fixam a proteínas liberadas por vírus ou bactérias quando infectam o corpo. Outras nanopartículas carregam antígenos, fragmentos de proteínas extraídos diretamente de vírus ou bactérias. Esses, naturalmente, atraem anticorpos produzidos pelo corpo para combater infecções.

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

O dispositivo NasRED projeta um pequeno feixe de luz LED através do líquido na parte superior do tubo. A equipe construiu um detector eletrônico personalizado que mede a quantidade de luz que passa pelo tubo. Mais luz significa que as nanopartículas afundaram no fundo, deixando o fluído superior mais claro, indicando que a doença está presente.

Preciso, acessível e econômico

O dispositivo é tão sensível que pode detectar doenças mesmo quando apenas algumas centenas de moléculas estão presentes em uma pequena amostra de fluído — uma fração de uma única gota. Essa concentração é quase 100.000 vezes menor do que o que os testes laboratoriais padrão exigem.

Além de sua promessa, a portabilidade e acessibilidade do NasRED são destacados. Os atuais padrões de teste, como PCR ou ELISA, exigem equipamentos caros e técnicos treinados. O NasRED é compacto e fácil de usar. Os pesquisadores estimam que cada teste custa $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 Lyme. É também promissor para surtos emergentes com baixa prevalência, mas alto risco. Essas doenças muitas vezes não são diagnosticadas porque realizar um teste laboratorial para apenas um ou dois pacientes não é economicamente viável. O NasRED preenche essa lacuna ao oferecer um teste altamente sensível que funciona imediatamente e de maneira econômica no ponto de atendimento.

Embora o NasRED atualmente exija pequenas máquinas de mesa 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 para uso em casa, semelhante aos testes rápidos atuais de COVID-19. No entanto, teria uma sensibilidade muito superior e aplicações mais amplas.

Um avanço significativo nos diagnósticos

O NasRED supera dramaticamente os padrões de diagnóstico existentes. O novo estudo mostra que o NasRED é cerca de 3.000 vezes mais sensível do 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, conseguimos aumentar 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 complicada preparação de amostras usada em métodos baseados em PCR. Em testes preliminares com partículas reais do coronavírus, o NasRED alcançou sensibilidades comparáveis ao 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 para que possamos trocar facilmente 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 ao Alzheimer, Lyme e febre suína africana.”

Wang recebeu recentemente o Prêmio de Líder Emergente da Bay Area Lyme Foundation e fará uso da alta sensibilidade e portabilidade dessa nova tecnologia para detectar a infecção precoce por Lyme.

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