Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu um sistema lab-on-a-chip que pode identificar os aspectos de saúde do sistema imunológico de uma pessoa a partir de uma gota de seu sangue, em minutos.

Usando uma combinação de microfluídica - minúsculos canais microscópicos que podem isolar os glóbulos brancos do sangue - e sensores elétricos, o novo chip foi capaz de detectar diferenças nas propriedades elétricas dos glóbulos brancos retirados de pacientes saudáveis ​​e diabéticos.

O dispositivo de prova de conceito pode um dia ajudar os médicos a obter rapidamente informações sobre o sistema imunológico de uma pessoa, e detectar os primeiros sinais de inflamação e infecção que podem indicar a necessidade de mais testes aprofundados.

Projetado e construído pelo professor assistente Hou Han Wei e pelo professor assistente Holden Li da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, sua invenção, se tiver sucesso em outras avaliações laboratoriais e clínicas, poderia ser transformado em um dispositivo portátil adequado para clínicas de família e policlínicas.

Um dispositivo protótipo e os princípios de engenharia por trás dele foram relatados em duas revistas revisadas por pares:Lab on a Chip no início deste ano e Biossensores e bioeletrônica em outubro do ano passado.

Como a saúde imunológica está frequentemente envolvida em doenças cardiovasculares, os cientistas dizem que seu dispositivo pode ser uma ferramenta de triagem adicional para os médicos usarem para a detecção precoce de doenças cardíacas. Em Singapura, as doenças cardiovasculares foram responsáveis ​​por 30,1 por cento de todas as mortes em 2017, enquanto a diabetes é um sério problema de saúde que afeta cerca de 10 por cento da população mundial.

Como funciona a invenção

Professor assistente Hou, que também é membro do corpo docente da Escola de Medicinas Lee Kong Chian da NTU, disseram que seu chip detecta diferenças elétricas entre um glóbulo branco saudável e um não saudável. Os glóbulos brancos anormais foram relatados como um biomarcador inicial para o aumento do risco de doenças cardiovasculares e também sugere uma inflamação contínua.

Usando canais muito pequenos, o chip primeiro separa fisicamente as várias células sanguíneas por tamanho em diferentes saídas, como uma máquina de classificação de moedas. Os glóbulos brancos isolados são então executados através de um canal especial onde a impedância elétrica é medida para cada célula em uma velocidade muito alta (centenas de células por segundo).

A impedância elétrica de uma célula anormal é geralmente maior do que a impedância de uma célula saudável, dado como a célula anormal é maior em tamanho e tem diferentes propriedades de membrana.

Os glóbulos brancos constituem uma parte significativa do sistema imunológico do corpo e um tipo-chave conhecido como neutrófilos, são a primeira linha de defesa quando ocorre uma infecção ou inflamação.

"Nossos chips podem isolar milhares de glóbulos brancos de uma única gota de sangue e, em minutos, dizer se essas células são eletricamente diferentes do normal, o que seria um indicador de se há um problema de saúde a ser investigado, "Asst Prof Hou disse.

"Mais importante, nosso processo também não usa biomarcadores químicos ou anticorpos, o que torna o ensaio barato, fácil de usar, e que podemos fazer análises adicionais nos mesmos glóbulos brancos que já examinamos no chip. "

Possível uso em testes clínicos

Asst Prof Holden Li diz que o material usado para fazer o novo lab-on-a-chip é um polímero comum de grau médico e é facilmente fabricado com o maquinário existente, e pode ser transformado em uma máquina do tamanho de uma mesa para uso em clínicas.

"Nosso chip foi projetado para ser facilmente ampliado pelas empresas, com sistema integrado construído a partir de componentes eletrônicos disponíveis no mercado. Seguindo em frente, pretendemos comercializar a tecnologia com um parceiro da indústria, como vemos que há demandas de mercado - por um dispositivo de ponto de atendimento para médicos e como equipamento de laboratório para o estudo de neutrófilos e triagem de drogas, "Prof Li disse.

Os cientistas acrescentaram que também estão fazendo mais pesquisas sobre os vários níveis de impedância elétrica e o que cada um deles significa, para construir uma espécie de biblioteca de referência para análise automatizada, e trabalhará com médicos para testar seu protótipo no ambiente clínico.

Dar uma opinião independente sobre a pesquisa, Professor Bernhard Boehm, Professor Titular Ong Tiong Tat de Pesquisa sobre Diabetes na Escola de Medicina Lee Kong Chian da NTU, disse que muitos pacientes diabéticos também são suscetíveis a infecções crônicas devido a doenças que afetam o desempenho do sistema imunológico.

“Há uma série de limitações ao uso de marcadores diagnósticos convencionais para pacientes com suspeita clínica de infecção. Em particular, há uma necessidade de melhorar o diagnóstico precoce de infecções bacterianas e fornecer orientação para terapia antibiótica”.

"Portanto, um sistema de teste que pode guiar rapidamente as decisões sobre o início de terapias específicas seria de grande ajuda em um ambiente clínico. Contudo, isso vai precisar em um futuro próximo ensaios clínicos randomizados controlados para fornecer prova formal de que o novo sistema de teste é superior aos procedimentos de diagnóstico convencionais usados ​​atualmente, "acrescentou o Prof Boehm, que não fez parte deste estudo.

Ferramenta para estudar os mecanismos de defesa imunológica

O novo dispositivo também pode ser muito útil para o estudo de NETosis, um mecanismo de defesa recém-descoberto no campo da imunologia.

Durante NETosis, neutrófilos cuspem fitas de DNA que prendem bactérias e vírus, muito parecido com uma teia de aranha, para impedir seus movimentos e matar os patógenos presos. Contudo, O excesso de NETose também retarda a cicatrização de feridas no diabetes.

Especialista em NETosis, Professora Assistente Christine Wong, da Escola de Medicina Lee Kong Chian da NTU, que não esteve envolvida neste estudo, diz que a metodologia mais amplamente adotada para estudar a propensão de NETose atualmente é a imagem em tempo real ou a microscopia de neutrófilos fixos.

Contudo, é um processo trabalhoso para os pesquisadores isolar os neutrófilos para microscopia sem afetar seu estado de linha de base nativo, e não influenciar os resultados experimentais.

"O novo dispositivo do Asst Prof Hou e Asst Prof Li pode permitir experimentos e quantificação NETosis rápidos e não tendenciosos, que será especialmente útil para a triagem de drogas ex vivo, "Asst Prof Wong disse em seu comentário independente.

"Se o dispositivo pode ser modificado para medir NETose em neutrófilos de camundongo, esta seria uma ótima notícia para pesquisadores que usam modelos de mouse, como o baixo rendimento de neutrófilos é um obstáculo comum no isolamento de neutrófilos de camundongos, devido ao menor volume de sangue disponível em camundongos e sua proporção de células mieloides mais baixa em comparação com os humanos. "

Asst Prof Wong acrescentou que, embora o novo dispositivo provavelmente não substitua os experimentos de microscopia, em particular quando a visualização de componentes celulares durante o processo de NETose é o assunto, os recursos economizados com a quantificação da NET podem ser desviados para essas investigações.