Em meio � pandemia de COVID-19 e o crescente aumento de variantes do v�rus causador da doen�a, novas possibilidades de combate ao caos da sa�de p�blica s�o muito importantes.
� por isso que estudos seguem sendo feitos para desmistificar e possibilitar novas frentes de preven��o, tratamento e diagn�stico cl�nico. � o caso do dispositivo recentemente produzido por uma equipe multidisciplinar de pesquisadores brasileiros.
� por isso que estudos seguem sendo feitos para desmistificar e possibilitar novas frentes de preven��o, tratamento e diagn�stico cl�nico. � o caso do dispositivo recentemente produzido por uma equipe multidisciplinar de pesquisadores brasileiros.
Coordenado pelo f�sico Osvaldo Novais de Oliveira Junior, professor do Instituto de F�sica de S�o Carlos da Universidade de S�o Paulo (IFSC-USP), o estudo apresenta um novo m�todo de diagn�stico cl�nico por meio de genossensores.
Baseados em �cidos nucleicos que detectam fitas simples com sequ�ncias complementares de DNA ou RNA, os biossensores possibilitam testes em massa para detec��o imediata e sens�vel de material gen�tico.
Baseados em �cidos nucleicos que detectam fitas simples com sequ�ncias complementares de DNA ou RNA, os biossensores possibilitam testes em massa para detec��o imediata e sens�vel de material gen�tico.
O resultado da an�lise, 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 d�lar para cada genossensor. Al�m disso, o custo dos componentes do medidor de imped�ncia, que constitui parte dur�vel do dispositivo, � inferior a mil reais.
“E esse m�todo n�o necessita de pessoa especializada para as an�lises, diferentemente do m�todo padr�o utilizado, o RT-PCR.”
“E esse m�todo n�o necessita de pessoa especializada para as an�lises, diferentemente do m�todo padr�o utilizado, o RT-PCR.”
“O exame tradicional, que � o de rea��o em cadeia da polimerase em tempo real, requer horas de sofisticados equipamentos de laborat�rio e profissionais especializado e, portanto, inadequado para pa�ses de baixa renda ou lugares remotos com recursos limitados”, explica o qu�mico Paulo Augusto Raymundo Pereira, do IFSC-USP, um dos respons�veis pela pesquisa.
Al�m de mais barato e mais acess�vel, os biossensores tamb�m t�m maior sensibilidade. Mas, como a COVID-19 pode ser identificada por esse tipo de exame?
Al�m de mais barato e mais acess�vel, os biossensores tamb�m t�m 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 sequ�ncia de captura. Em condi��es apropriadas, a fita simples imobilizada liga-se a outra fita simples e complementar de DNA eventualmente contida na amostra l�quida a ser analisada. Esse processo, chamado de hibridiza��o, denuncia a presen�a do Sars-Cov-2 na amostra, que pode ser constitu�da por saliva ou outros fluidos corporais”, comenta Paulo Raymundo.
O M�TODO
Conforme o qu�mico, os biossensores de DNA foram fabricados em eletrodos de vidro contendo trilhas com dimens�es microm�tricas ou em superf�cie contendo nanopart�culas de ouro.
Assim, uma matriz com monocamada auto-organizada de �cido 11-mercaptoundecan�ico (11-MUA) � ligada quimicamente ao ouro para criar um ambiente prop�cio para imobiliza��o de uma simples fita de DNA usada como sequ�ncia de captura (cpDNA).
Assim, uma matriz com monocamada auto-organizada de �cido 11-mercaptoundecan�ico (11-MUA) � ligada quimicamente ao ouro para criar um ambiente prop�cio para imobiliza��o de uma simples fita de DNA usada como sequ�ncia de captura (cpDNA).
� assim que, em condi��es apropriadas, a simples fita de DNA contida em amostra l�quida liga-se a sequ�ncia de captura (cpDNA) em um evento denominado de hibridiza��o, capaz de acusar a presen�a do v�rus.
“A detec��o � realizada usando espectroscopias de imped�ncia el�trica ou eletroqu�mica e resson�ncia de plasma de superf�cie localizada. Ap�s a hibridiza��o, nas espectroscopias de imped�ncia ocorre um aumento da resist�ncia el�trica na superf�cie do sensor que pode ser monitorada pelo analisador de imped�ncia de baixo custo desenvolvido em nosso laborat�rio pelo engenheiro Lorenzo Buscaglia.”
“A detec��o � realizada usando espectroscopias de imped�ncia el�trica ou eletroqu�mica e resson�ncia de plasma de superf�cie localizada. Ap�s a hibridiza��o, nas espectroscopias de imped�ncia ocorre um aumento da resist�ncia el�trica na superf�cie do sensor que pode ser monitorada pelo analisador de imped�ncia de baixo custo desenvolvido em nosso laborat�rio pelo engenheiro Lorenzo Buscaglia.”
“J� o RPSL monitora o deslocamento do pico de absorb�ncia no espectro transmitido devido � hibridiza��o entre a cpDNA e a sequ�ncia complementar do v�rus usando um espectrofot�metro. A maior sensibilidade foi alcan�ada com espectroscopia de imped�ncia com um limite de detec��o de 0,5 atomolar. Essa sensibilidade corresponde a 0,3 c�pias por µL e deve ser suficiente para detectar a sequ�ncia de DNA na saliva ou em outros fluidos corporais. Este desempenho pode ser atribu�do � alta sensibilidade da t�cnica de imped�ncia el�trica combinada com arranjo adequado das sequ�ncias nos eletrodos e hibridiza��o entre as sequ�ncias complementares.”
TECNOLOGIA ALIADA
O diagn�stico de sequ�ncias complementares da COVID-19 foi feito tamb�m com t�cnicas de aprendizado de m�quina aplicadas a imagens de microscopia eletr�nica de varredura obtidas de genossensores expostos a concentra��es distintas das sequ�ncias de DNA complementares.
Segundo o qu�mico, com as constata��es, possibilidades de avan�os s�o avistadas, como o uso de telefones celulares como aliados no diagn�stico da doen�a.
Segundo o qu�mico, com as constata��es, possibilidades de avan�os s�o avistadas, como o uso de telefones celulares como aliados no diagn�stico da doen�a.
“Ao aplicar algoritmos de aprendizado de m�quina supervisionados e n�o supervisionados ao processamento de imagens, pudemos obter alta precis�o de distin��o entre as diferentes concentra��es de sequ�ncias de DNA e do v�rus. Essa capacidade abre v�rios caminhos para a detec��o sem instrumento de COVID-19 se um microsc�pio �ptico port�til puder ser acoplado a smartphones. Considerando a an�lise das imagens, pode-se especular que fotos de smartphones podem ser usadas no futuro, uma suposi��o que requer um estudo mais detalhado”, comenta.
Em todos os experimentos de detec��o, a seletividade dos genossensores foi verificada com amostras controle, incluindo sequ�ncia negativa para Sars-Cov-2 e outros biomarcadores de DNA n�o relacionados ao COVID-19. Al�m disso, Paulo Raymundo destaca que o m�todo � promissor tamb�m na detec��o de variantes.
Ao aplicar algoritmos de aprendizado de m�quina supervisionados e n�o supervisionados ao processamento de imagens, pudemos obter alta precis�o de distin��o entre as diferentes concentra��es de sequ�ncias de DNA e do v�rus. Essa capacidade abre v�rios caminhos para a detec��o sem instrumento de COVID-19 se um microsc�pio �ptico port�til puder ser acoplado a smartphones. Considerando a an�lise das imagens, pode-se especular que fotos de smartphones podem ser usadas no futuro, uma suposi��o que requer um estudo mais detalhado.
Paulo Augusto Raymundo Pereira, qu�mico do IFSC-USP e um dos respons�veis pela pesquisa
“A vantagem de se usar v�rias metodologias de detec��o est� na versatilidade de opera��o que permite implementa��o do m�todo de diagn�stico de acordo com a realidade de cada pa�s ou de cada regi�o de pa�ses continentais como � o caso do Brasil. E os genossensores propostos s�o promissores para detectar material gen�tico de novas variantes. Ap�s o sequenciamento gen�tico, basta trocar a simples fita de DNA usada como sequ�ncia de captura para que seja detectado as novas variantes”, aponta.
O ESTUDO
A pesquisa teve in�cio, segundo Paulo Raymundo, em raz�o dos desafios trazidos � humanidade pela pandemia COVID-19. “Isso deixou claro que m�todos de baixo custo e facilmente implant�veis s�o essenciais para o diagn�stico cl�nico. Os genossensores podem ser uma solu��o para testes em massa de doen�as que requerem detec��o r�pida e sens�vel de material gen�tico. Os genossensores s�o biossensores baseados em �cidos nucleicos que detectam simples fitas com sequencias complementares de DNA ou RNA”, aponta.
Mas, e agora? O pr�ximo passo � encontrar empresas interessadas na comercializa��o dos genossensores, j� que o dispositivo j� existe, em escala de laborat�rio, e a sua tecnologia pode ser transferida para qualquer empresa que cumpra com os requisitos necess�rios para a produ��o em massa.
“� preciso que empresas ou ind�strias se interessem pela tecnologia e produzam em larga escala para comercializa��o. Uma das import�ncias dessa pesquisa est� na nossa capacidade de desenvolver biossensores e tecnologia de ponta para competir em condi��es de igualdade com qualquer outro pa�s. Outro ponto importante � apresentar uma nova plataforma que utiliza outros tipos de mat�ria-prima para a produ��o dos testes de diagn�stico 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 Qu�mica de S�o Carlos (IQSC-USP), Instituto de Ci�ncias Matem�ticas e de Computa��o (ICMC-USP), da Embrapa Instrumenta��o e do Instituto de Pesquisa Pel� Pequeno Pr�ncipe, de Curitiba, Paran�. O estudo recebeu apoio da Funda��o de Amparo � Pesquisa do Estado de S�o Paulo (Fapesp).
*Estagi�ria sob a supervis�o da editora Teresa Caram
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