p (PhysOrg.com) - Microsponges derivadas de algas marinhas podem ajudar a diagnosticar doenças cardíacas, cânceres, HIV e outras doenças rapidamente e a um custo muito menor do que os métodos clínicos atuais. As micro-esponjas são um componente essencial do Bio-Nano-Chip Programável (PBNC) da Rice University e o foco de um novo artigo na revista. Pequena . p O artigo de John McDevitt, o Professor Brown-Wiess em Bioengenharia e Química, e seus colegas da BioScience Research Collaborative, de Rice, vêem o funcionamento interno das PBNCs, que McDevitt imagina como a principal ferramenta de diagnóstico médico.

p PBNCs para diagnosticar uma variedade de doenças são atualmente o foco de seis ensaios clínicos em humanos. McDevitt discutirá seu desenvolvimento na reunião anual da Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS) em Washington, D.C., 17 a 21 de fevereiro.

p PBNCs capturam biomarcadores - moléculas que oferecem informações sobre a saúde de uma pessoa - encontrados no sangue, saliva e outros fluidos corporais. Os biomarcadores são sequestrados em pequenas esponjas colocadas em uma série de funis em forma de pirâmide invertida no coração do microprocessador do PBNC do tamanho de um cartão de crédito.

p Quando uma amostra de fluido é colocada no dispositivo descartável, canais microfluídicos direcionam-no para as esponjas, que são infundidos com anticorpos que detectam e capturam biomarcadores específicos. Uma vez capturado, eles podem ser analisados ​​em minutos com um microscópio sofisticado e um computador portátil, leitor de torradeira.

p O processo de captura do biomarcador é o assunto do Pequena papel. As microesponjas são esferas de 280 micrômetros de agarose, um barato, comum, material de laboratório derivado de algas marinhas e freqüentemente usado como uma matriz para o crescimento de células vivas ou captura de proteínas.

p A beleza da agarose é sua capacidade de capturar uma ampla gama de alvos, desde biomarcadores de proteínas relativamente grandes até minúsculos metabólitos de drogas. No laboratório, a agarose começa como um pó, como Jell-O. Quando misturado com água quente, pode ser formado em géis ou sólidos de qualquer tamanho. O tamanho dos poros e canais na agarose pode ser ajustado para a nanoescala.

p O desafio, McDevitt disse, estava definindo um novo conceito para capturar e detectar biomarcadores de forma rápida e eficiente em um circuito microfluídico. A solução desenvolvida na Rice é uma rede de microesponjas com tamanhos de poros customizados e nano-redes de fibras de agarose. A qualidade esponjosa permite que uma grande quantidade de fluido seja processada rapidamente, enquanto a nano-rede fornece uma grande área de superfície que pode ser usada para gerar sinais ópticos 1, 000 vezes maior do que os dispositivos convencionais do tamanho de um refrigerador. Os conjuntos de minissensores, ele disse, pack soco máximo.

p A equipe descobriu que grânulos de agarose com um diâmetro de cerca de 280 micrômetros são ideais para aplicações do mundo real e podem ser produzidos em massa de uma forma econômica. Esses grânulos de agarose mantêm sua eficiência na captura de biomarcadores, são fáceis de manusear e não requerem ótica especializada para ver.

p McDevitt e seus colegas testaram contas com poros de até 620 nanômetros e até 45 nanômetros de largura. (Uma folha de papel tem cerca de 100, 000 nanômetros de espessura.) Poros próximos a 140 nanômetros provaram ser os melhores em permitir que as proteínas se infundissem nas nano-redes internas dos grânulos rapidamente, uma característica que permite que as PBNCs testem a doença em menos de 15 minutos.

p A equipe relatou experiências usando dois biomarcadores, antígenos carcinoembrionários e proteínas beta da Interleucina-1 (e anticorpos correspondentes para ambos), adquirido pelo laboratório. Depois de embeber as contas nas soluções de anticorpos, os pesquisadores testaram sua capacidade de reconhecer e capturar seus biomarcadores correspondentes. Nos melhores casos, eles mostraram eficiência quase total (99,5 por cento) na detecção de biomarcadores ligados a esferas.

p McDevitt esperava há algum tempo que uma esfera tridimensional tivesse maior potencial para capturar e manter biomarcadores do que o padrão para tais testes, a técnica de ensaio imunoenzimático (ELISA). O ELISA analisa fluidos colocados em uma matriz de poços de 6,5 milímetros que possuem uma camada de material de captura de biomarcador espalhada na parte inferior. Obter resultados por meio de ELISA requer um laboratório cheio de equipamentos, ele disse.

p "A quantidade de sinal óptico que você obtém geralmente depende da espessura de uma amostra, "McDevitt disse." Água, por exemplo, parece claro em um pequeno vidro, mas é azul em um oceano ou lago. A maioria dos dispositivos clínicos modernos lêem sinais de amostras em superfícies planas ou curvas, o que é como tentar ver a cor azul da água em um copo. É muito difícil."

p Por comparação, As PBNCs oferecem aos pesquisadores um oceano de informações. "Nós criamos uma micro esponja de superfície ultra-alta que coleta uma grande quantidade de material, "disse ele." A esponja é como uma água-viva com tentáculos que capturam os biomarcadores. "

p O grânulo de agarose é projetado para se tornar invisível na água. "Isso o torna um ambiente ideal para capturar biomarcadores, porque a matriz não atrapalha a visualização dos conteúdos. Este é um bom uso de novos biomateriais que são baratos como sujeira, ainda produz um desempenho poderoso, "McDevitt disse.

p De acordo com estudos anteriores, apenas uma fração - menos de 10 por cento - dos anticorpos de captura nos arranjos de ELISA "padrão ouro" ainda estão ativos no momento em que o teste começa. Por comparação, quase todos os anticorpos nas esferas de agarose retêm sua capacidade de detectar e capturar biomarcadores, McDevitt disse.

p Em última análise, ele disse, PBNCs permitirão rápido, testes de diagnóstico de baixo custo para pacientes que estão enfermos, se eles estão em uma sala de emergência, em uma ambulância ou mesmo durante o tratamento em suas próprias casas. Melhor ainda, os chips podem, algum dia, permitir testes rápidos e fáceis de pessoas saudáveis ​​para procurar sinais precoces de doenças.