Pesquisadores da Arizona State University desenvolveram uma ferramenta de diagnóstico inovadora que pode melhorar a velocidade e a confiabilidade na detecção de doenças como COVID-19, Ebola, AIDS ou Doença de Lyme. O teste requer apenas uma única gota de sangue, custa alguns dólares e fornece resultados em apenas 15 minutos.
Em um novo estudo, os pesquisadores demonstram que o teste pode detectar o vírus que causa a COVID-19 com altíssima precisão, distinguindo-o claramente de outras infecções.
O novo dispositivo de diagnóstico, chamado NasRED (Nanoparticle-Supported Rapid Electronic Detection), é simples e portátil o suficiente para ser usado em praticamente qualquer lugar – de clínicas rurais remotas a hospitais urbanos movimentados. O dispositivo oferece precisão de nível laboratorial sem equipamentos caros e não requer treinamento especializado. Como resultado, ele tem o potencial de mudar fundamentalmente a saúde pública.
“Temos a velocidade e a facilidade de uso de um teste rápido de antígeno com uma sensibilidade que é ainda melhor do que a dos testes de laboratório”, diz Chao Wang , autor principal do novo estudo. “Isso é muito difícil de alcançar.”
Wang é professor associado no Biodesign Center for Molecular Design and Biomimetics e na School of Electrical, Computer and Energy Engineering da ASU . Ele é auxiliado 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.
Os resultados da pesquisa aparecem na edição atual da revista ACS Nano .
Contenção da propagação de doenças infecciosas
Doenças infecciosas estão entre as ameaças mais mortais à humanidade, causando imenso sofrimento e danos econômicos em todo o mundo. No total, doenças infecciosas são responsáveis por mais de 10 milhões de mortes por ano em todo o mundo e são a principal causa de morte em países de baixa renda.
De acordo com um estudo publicado no BMJ Quality & Safety , quase 800.000 americanos morrem anualmente devido a erros de diagnóstico ou sofrem incapacidades permanentes . Em muitos desses casos, as condições eram infecções ou doenças vasculares que poderiam ter sido tratáveis se detectadas precocemente.
Em muitos países de baixa e média renda, o acesso a testes de diagnóstico confiáveis é limitado ou inexistente. Equipamentos caros, falta de pessoal treinado e longos tempos de processamento contribuem para diagnósticos tardios ou ausentes – muitas vezes com consequências fatais.
Um teste rápido, acessível e portátil como o NasRED permitiria que profissionais de saúde na linha de frente em todo o mundo detectassem e respondessem a infecções precocemente, antes que os surtos saiam do controle.
No centro do novo teste estão minúsculas nanopartículas de ouro projetadas para detectar quantidades extremamente baixas de proteínas relevantes para doenças. Os pesquisadores revestem essas nanopartículas com moléculas especiais destinadas a identificar doenças específicas.
Algumas nanopartículas contêm anticorpos, que são moléculas minúsculas que funcionam como ímãs. Os anticorpos se ligam a proteínas liberadas por vírus ou bactérias quando eles infectam o corpo. Outras nanopartículas contêm antígenos , fragmentos de proteína que vêm diretamente de vírus ou bactérias. Estes atraem naturalmente anticorpos que o corpo produz para combater infecções.
Após o revestimento, essas nanopartículas são misturadas 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 afunda no fundo do tubo. Se nenhuma doença estiver presente, elas permanecem suspensas no líquido.
O dispositivo NasRED envia um pequeno feixe de luz LED através do líquido na parte superior do tubo. A equipe desenvolveu um detector eletrônico especial que mede a quantidade de luz que passa pelo tubo. Mais luz significa que as nanopartículas afundaram e o líquido está mais claro, o que, por sua vez, indica a presença da doença.
Preciso, acessível e barato
O dispositivo é tão sensível que pode detectar doenças mesmo quando há apenas algumas centenas de moléculas em uma pequena amostra de fluido – uma fração de uma única gota. Essa concentração é quase 100.000 vezes menor do que a encontrada em testes de laboratório convencionais.
O NasRED também é particularmente promissor porque é portátil e acessível. Os padrões atuais de teste, como PCR ou ELISA, exigem equipamentos caros e pessoal treinado. O NasRED, por outro lado, é compacto e fácil de usar. Os pesquisadores estimam que cada teste custe US$ 2, tornando-o ideal para uso em locais com poucos recursos ou remotos.
O NasRED tem o potencial de preencher uma lacuna crítica de diagnóstico, especialmente para doenças que são difíceis de detectar precocemente, como hepatite C, HIV ou doença de Lyme. O teste também é promissor para surtos de doenças emergentes com baixa prevalência, mas alto risco. Essas doenças muitas vezes passam despercebidas porque um teste de laboratório não é econômico para apenas um ou dois pacientes. O NasRED preenche essa lacuna, fornecendo um teste altamente sensível que funciona instantaneamente e de forma econômica no ponto de atendimento.
Embora o NasRED atualmente exija dispositivos de bancada pequenos para girar e misturar as amostras, os pesquisadores estão trabalhando para miniaturizar e automatizar ainda mais o processo. À medida que o desenvolvimento avança, a tecnologia pode um dia se tornar um teste doméstico prático, semelhante aos testes rápidos de COVID-19 existentes. No entanto, a sensibilidade seria significativamente maior e as aplicações seriam mais amplas.
Avanço significativo em diagnóstico
O NasRED supera significativamente os padrões de diagnóstico existentes. O novo estudo mostra que o NasRED é cerca de 3.000 vezes mais sensível que o ELISA, requer 16 vezes menos volume de amostra e fornece resultados cerca de 30 vezes mais rápido.
Uma versão anterior da tecnologia conseguiu detectar o Ebola em uma pequena amostra de sangue. "Para a nova tecnologia, reduzimos a sensibilidade para a faixa attomolar", diz Wang. Isso é equivalente a detectar uma única gota de tinta em 20 piscinas olímpicas.
A tecnologia promete quantificar a carga viral diretamente de fluidos corporais, sem a complexa preparação de amostras necessária para métodos baseados em PCR. Em testes preliminares com partículas reais de coronavírus, o NasRED alcançou sensibilidade comparável à do Abbott ID NOW, um teste molecular popular para muitas doenças, como a COVID-19.
"Uma das forças do nosso sensor é sua alta modularidade", diz Wang. "As nanopartículas são projetadas para que possamos trocar diferentes proteínas facilmente, permitindo que a mesma plataforma seja adaptada para muitas doenças diferentes. Já demonstramos essa abordagem em nossa pesquisa com bactérias E. coli produtoras de toxina Shiga, bem como com biomarcadores de câncer, proteínas associadas ao Alzheimer, doença de Lyme e peste suína africana."
