Pesquisadores do Little Devices Lab do MIT desenvolveram um conjunto de blocos modulares que podem ser reunidos de diferentes maneiras para produzir dispositivos de diagnóstico. Esses dispositivos "plug-and-play", que requerem pouca experiência para montar, pode testar os níveis de glicose no sangue em pacientes diabéticos ou detectar infecção viral, entre outras funções.

"Nossa motivação de longo prazo é permitir que pequenos, laboratórios de poucos recursos para gerar suas próprias bibliotecas de diagnósticos plug-and-play para tratar suas populações de pacientes locais de forma independente, "diz Anna Young, co-diretor do Little Devices Lab do MIT, professor do Instituto de Engenharia Médica e Ciência, e um dos autores principais do artigo.

Usando este sistema, chamados blocos Ampli, a equipe do MIT está trabalhando em dispositivos para detectar câncer, bem como o vírus Zika e outras doenças infecciosas. Os blocos são baratos, custando cerca de 6 centavos por quatro blocos, e não requerem refrigeração ou manuseio especial, tornando-os atraentes para uso no mundo em desenvolvimento.

"Vemos esses kits de construção como uma forma de diminuir as barreiras para fazer tecnologia médica, "diz Jose Gomez-Marquez, co-diretor do Little Devices Lab e autor sênior do artigo.

Elizabeth Phillips '13, um estudante de graduação na Purdue University, também é o autor principal do artigo, que aparece no jornal Materiais Avançados de Saúde em 16 de maio. Outros autores incluem Kimberly Hamad-Schifferli, um professor associado de engenharia na Universidade de Massachusetts em Boston e um cientista visitante no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT; Nikolas Albarran, um engenheiro sênior no Laboratório de Pequenos Dispositivos; Jonah Butler, um Júnior do MIT; e Kaira Lujan, um ex-aluno visitante no Laboratório de Pequenos Dispositivos.

Diagnósticos personalizados

Na última década, muitos pesquisadores têm trabalhado em pequenas, dispositivos portáteis de diagnóstico baseados em reações químicas que ocorrem em tiras de papel. Muitos desses testes usam tecnologia de fluxo lateral, que é a mesma abordagem usada em testes de gravidez caseiros.

Apesar desses esforços, tais testes não foram amplamente implantados. Um obstáculo, diz Gomez-Marquez, é que muitos desses dispositivos não são projetados com a capacidade de fabricação em grande escala em mente. Outra é que as empresas podem não estar interessadas em produzir em massa um diagnóstico para uma doença que não afeta um grande número de pessoas.

Os pesquisadores do Little Devices Lab perceberam que poderiam colocar esses diagnósticos nas mãos de muito mais pessoas se criassem um kit de componentes modulares que podem ser colocados juntos para gerar exatamente o que o usuário precisa. Para esse fim, eles criaram cerca de 40 blocos de construção diferentes que os trabalhadores de laboratório em todo o mundo poderiam facilmente montar por conta própria, assim como as pessoas começaram a montar seus próprios rádios e outros dispositivos eletrônicos a partir de "placas de ensaio" eletrônicas disponíveis comercialmente na década de 1970.

"Quando a placa de ensaio eletrônica foi lançada, isso significava que as pessoas não precisavam se preocupar em construir seus próprios resistores ou capacitores. Eles poderiam se preocupar com o que eles realmente queriam usar os eletrônicos, que é fazer todo o circuito, "Gomez-Marquez diz.

Nesse caso, os componentes consistem em uma folha de papel ou fibra de vidro imprensada entre um bloco de plástico ou metal e uma tampa de vidro. Os blocos, que tem cerca de meia polegada em cada borda, podem se encaixar ao longo de qualquer borda. Alguns dos blocos contêm canais para que as amostras fluam diretamente, alguns têm turnos, e alguns podem receber uma amostra de uma pipeta ou misturar vários reagentes.

Os blocos também podem realizar diferentes funções bioquímicas. Muitos contêm anticorpos que podem detectar uma molécula específica em uma amostra de sangue ou urina. Esses anticorpos são ligados a nanopartículas que mudam de cor quando a molécula alvo está presente, indicando um resultado positivo.

Esses blocos podem ser alinhados de diferentes maneiras, permitindo que o usuário crie diagnósticos com base em uma reação ou uma série de reações. Em um exemplo, os pesquisadores combinaram blocos que detectam três moléculas diferentes para criar um teste para ácido isonicotínico, que pode revelar se os pacientes com tuberculose estão tomando seus medicamentos.

Os blocos são codificados por cores por função, facilitando a montagem de dispositivos predefinidos usando instruções que os pesquisadores planejam colocar online. Eles também esperam que os usuários desenvolvam e contribuam com suas próprias especificações para o guia online.

Melhor performance

Os pesquisadores também mostraram que, de certa forma, esses blocos podem superar as versões anteriores dos dispositivos de diagnóstico de papel. Por exemplo, eles descobriram que podiam executar uma amostra para frente e para trás em uma tira de teste várias vezes, aumentando o sinal. Isso pode facilitar a obtenção de resultados confiáveis ​​de amostras de urina e saliva, que geralmente são mais diluídos do que as amostras de sangue, mas são mais fáceis de obter dos pacientes.

"Essas são coisas que não podem ser feitas com testes de fluxo lateral padrão, porque eles não são modulares - você só pode executá-los uma vez, "diz Hamad-Schifferli.

A equipe agora está trabalhando em testes para o vírus do papiloma humano, malária, e doença de Lyme, entre outros. Eles também estão trabalhando em blocos que podem sintetizar compostos úteis, incluindo drogas, bem como blocos que incorporam componentes elétricos, como LEDs.

O objetivo final é colocar a tecnologia nas mãos de pequenos laboratórios em países industrializados e em desenvolvimento, para que eles possam criar seus próprios diagnósticos. A equipe do MIT já os enviou para laboratórios no Chile e na Nicarágua, onde foram usados ​​para desenvolver dispositivos para monitorar a adesão do paciente ao tratamento de TB e para testar uma variante genética que torna a malária mais difícil de tratar.

Catherine Klapperich, reitor associado de pesquisa e professor associado de engenharia biomédica na Universidade de Boston, afirma que o trabalho da equipe do MIT ajudará a tornar o processo de projeto de diagnóstico mais inclusivo.

"Ao reduzir as barreiras para projetar novos fluidos de papel de ponto de atendimento, o trabalho convida não especialistas e certamente resultará em novas ideias e colaborações em ambientes ao redor do mundo, "diz Klapperich, que não participou da pesquisa. "As demonstrações práticas do sistema apresentadas aqui estão prontas para serem úteis imediatamente, enquanto as possibilidades para outros desenvolverem a ferramenta são grandes. "

Os pesquisadores agora estão investigando técnicas de fabricação em grande escala, e eles esperam lançar uma empresa para fabricar e distribuir os kits em todo o mundo.

“Estamos entusiasmados em abrir a plataforma para outros pesquisadores para que eles possam usar os blocos e gerar suas próprias reações, "Young diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.