p De acordo com a Organização Mundial da Saúde, mais de 216 milhões de pessoas foram infectadas com malária em 2016, e 445, 000 pessoas morreram da doença. A chave para resolver esta crise de saúde é o diagnóstico em estágio inicial, quando a terapêutica da malária é mais eficaz. Um novo protótipo para um instrumento portátil capaz de detecção em estágio inicial da malária foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia de Viterbi da USC. p Existem duas formas padrão de diagnosticar a malária - mas ambas têm limitações. O primeiro envolve tirar uma amostra de sangue de uma pessoa e examiná-la ao microscópio em busca de glóbulos vermelhos infectados com o parasita da malária. Isso envolve a contagem de células - que é manualmente intensiva e depende da leitura do esfregaço de sangue pelo técnico. A segunda abordagem, conhecido como teste de diagnóstico rápido (RDT), funciona em cerca de 15 minutos. Contudo, sem refrigeração, Os RDTs podem estragar como leite ou ovos.

p "A malária afeta principalmente os ambientes de poucos recursos, onde a gestão da cadeia de abastecimento é difícil e o acesso à energia pode não ser confiável. Portanto, um diagnóstico de malária eficaz deve ser independente destes, "disse o autor correspondente Andrea Armani, a cadeira Ray Irani em Engenharia e Ciência de Materiais, cujo laboratório está localizado no novo Centro de Biociência Convergente da USC Michelson.

p Vantagens do PODS

p O protótipo do sistema de diagnóstico óptico portátil (PODS) desenvolvido pelos engenheiros da USC Viterbi Andrea Armani, Samantha McBirney, Dongyu Chen, e Alexis Scholtz, detecta um subproduto gerado por todas as espécies do parasita da malária. Como tal, é uma triagem rápida para todas as cepas de malária.

p O instrumento PODS foi projetado para resolver os desafios que limitam os sistemas atuais. Para minimizar o tamanho, peso, e requisitos de energia sem sacrificar o desempenho, cada aspecto foi considerado. O protótipo atual pesa menos de 5 quilos, tem 30 x 25 cm (o tamanho de uma grande caixa de sapatos) e pode ser alimentado por uma bateria por oito horas. Além disso, O PODS foi projetado para exigir o mínimo de processamento e manuseio de amostras, além de eliminar a necessidade de produtos químicos secundários com requisitos rígidos de armazenamento. Isso torna o dispositivo especialmente adequado para ambientes de poucos recursos.

p O resultado final:o protótipo atual desenvolvido por pesquisadores da USC pode analisar um não processado, amostra de sangue total em 10-15 minutos. Com apenas 500 μL de sangue (cinco a sete gotas), pode atingir os níveis de sensibilidade necessários para um diagnóstico em estágio inicial.

p "Com PODS, podemos fazer rápido, ampla triagem populacional para malária em ambientes de poucos recursos. Quando combinado com a terapêutica atualmente disponível, isso pode representar um ponto de inflexão na luta global contra a malária, "diz Armani.

p Como o dispositivo funciona

p Os mosquitos infectados com malária infectam hospedeiros humanos com o parasita. Sua principal fonte de nutrientes é a hemoglobina, um componente dos glóbulos vermelhos. À medida que o parasita digere a hemoglobina, ele cria o que é conhecido como heme como um subproduto.

p "Embora o heme seja altamente tóxico para o parasita e seu hospedeiro, o parasita descobriu uma "brecha" em torno disso, agregando heme em um nanocristal insolúvel conhecido como hemozoína. Ao contrário de todos os outros materiais de ocorrência natural no sangue, hemozoína é magnética, "diz o autor principal, co-inventor, e recente Ph.D. em engenharia biomédica. graduado, Samantha McBirney.

p Como a quantidade de hemozoína no sangue está diretamente relacionada à evolução da infecção por malária, é um indicador ideal de infecção. Contudo, detectar algumas nanopartículas de hemozoína no sangue é extremamente desafiador porque o sangue tem muitos componentes que podem interferir na medição. Para superar esse problema, os pesquisadores se inspiraram em descobertas recentes na medicina personalizada e alavancaram o comportamento magnético das nanopartículas em seu projeto de diagnóstico.

p O PODS tem três componentes principais:um laser, um detector (para detectar luz), e um ímã. Quando uma amostra de sangue é colocada entre o laser e o detector, a quantidade de luz que chega ao detector diminui à medida que o sangue o bloqueia. Se hemozoína estiver presente, ainda menos luz brilha. Em altas concentrações, mesmo no sangue, é facilmente aparente se a hemozoína está presente porque o nanocristal é muito bom em bloquear a luz. Contudo, conforme as concentrações diminuem para valores indicativos de malária em estágio inicial, fica mais difícil detectar a presença de hemozoína. (Além disso, o sangue de cada um absorve a luz de maneira um pouco diferente, complicando ainda mais a medição.)

p Avanços recentes na medicina personalizada para câncer demonstraram a importância de não depender de médias estatísticas para estabelecer "normal" ou "saudável, "benchmarks, mas em vez disso usando a própria amostra do paciente. Normalmente, esta abordagem é extremamente difícil de implementar, pois requer a obtenção de amostras do paciente antes da doença. Contudo, no diagnóstico desenvolvido por pesquisadores da USC, esta estratégia pode ser aplicada tomando duas medidas:uma com as nanopartículas e outra sem as nanopartículas.

p Ao aplicar um ímã, é possível manipular e mover as partículas de hemozoína dentro de um tubo de ensaio ao redor, ou mova-os para dentro e para fora do feixe de laser. Desta maneira, uma única amostra pode ser usada para realizar duas medições, e cada diagnóstico é personalizado. Se hemozoína estiver presente, mesmo em concentrações mínimas, os sinais mudam. Na média, leva de 10 a 15 minutos para o sinal se estabilizar, e uma diferença maior entre as duas medições indica que a malária progrediu mais.

p "O PODS opera com um conceito de design muito simples. Se houver hemozoína, então deve haver malária, "disse Armani, "A parte desafiadora foi distinguir as minúsculas nanopartículas de hemozoína de tudo o mais na amostra de sangue total."

p Filosofia de design

p Os pesquisadores empregaram uma estratégia de projeto militar, projetar intencionalmente o dispositivo para tentar usar barato, componentes disponíveis no mercado e não requerem quaisquer reagentes. Se um componente falhar, os engenheiros queriam garantir que não fosse necessário procurar um fornecedor personalizado ou um único fornecedor.

p "Todas as peças são facilmente acessíveis e substituídas, "diz McBirney.

p McBirney foi levado a trabalhar neste problema específico., "A malária pode não ser uma preocupação para nós que vivemos em países desenvolvidos, ainda é a principal causa de morte no mundo, e das centenas de milhares de mortes todos os anos, quase 70% deles são crianças menores de 5 anos. Estas não são mortes ocorridas nos últimos cinco anos de vida, quando alguém já viveu suas esperanças e sonhos, quando alguém já tem uma família e viveu sua vida ao máximo - essas são as mortes que ocorrem antes mesmo de uma criança saber o seu lugar neste mundo, antes mesmo de saber porque está aqui. Isso é de partir o coração. Se pudermos desempenhar o menor papel na erradicação, isso seria tremendo. "

p Próximos passos

p Os pesquisadores agora estão trabalhando na próxima geração do dispositivo para melhorar sua robustez e reduzir ainda mais o volume da amostra para menos de 200 μL, (uma a duas gotas) de sangue. Eles esperam eliminar o laptop conectado para que o dispositivo possa operar por mais de 30 horas com uma bateria externa ou ser alimentado manualmente.

p O artigo que apresenta esta pesquisa, "Diagnóstico portátil para detecção de malária em ambientes com poucos recursos, "é apresentado em Sensores ACS .