Imagine um Fitbit que mede muito mais do que passos, frequência cardíaca, e calorias queimadas. Ele rastreia continuamente todos os indicadores de saúde fisiológica que atualmente requerem análises caras e demoradas do plasma sanguíneo. O dispositivo é barato, de confiança, e alimentado pelas mesmas proteínas que nossos corpos produzem o dia todo, todos os dias. Embora pareça um conceito rebuscado pelos padrões de hoje, James Galagan, um engenheiro biomédico da Universidade de Boston, diz que pesquisas conduzidas em seu laboratório podem acelerar esse dispositivo desde a prancheta até nossa vida diária.

Uma equipe de pesquisadores do laboratório BU de Galagan e da Universidade de Bordeaux foi inspirada por um dispositivo biométrico comercialmente bem-sucedido que monitora uma função fisiológica o tempo todo:o monitor de glicose contínuo, cuja tarefa central é realizada por uma proteína obtida de um micróbio que detecta a glicose.

"Existem potencialmente milhões de proteínas semelhantes, "diz o líder da equipe Galagan, professor associado de engenharia biomédica da BU College of Engineering. "Eles podem sentir praticamente qualquer coisa que afete nossa saúde. A principal razão pela qual não temos mais sensores como o sensor de glicose é que as proteínas necessárias para fazer esses sensores não foram identificadas."

Então, A equipe de Galagan, que inclui os membros do corpo docente da BU College of Engineering, Mark Grinstaff, Allison Dennis, e Catherine Klapperich, comece a encontrar alguns. Suas descobertas, descrito em um artigo publicado em Nature Communications , usou uma nova abordagem de triagem para identificar o primeiro sensor derivado de bactéria conhecido para detectar progesterona, um hormônio feminino que desempenha um papel crítico na reprodução. A equipe desenvolveu então uma tecnologia que traduziu os recursos de detecção do sensor em uma saída óptica, criando o primeiro em tempo real, sensor óptico e reversível de progesterona.

A reversibilidade do sensor, diz Galagan, permite gerar medições contínuas conforme o nível do hormônio sobe e desce no corpo, semelhante ao sensor de glicose. Ele também diferencia o sensor dos métodos existentes baseados em anticorpos para medir a progesterona, que fornecem apenas uma medição de um único ponto no tempo.

Em um teste com urina artificial, os pesquisadores descobriram que o sensor, que pode ser equipado com um leitor eletrônico portátil e barato para aplicações em pontos de atendimento, pode detectar progesterona com especificidade suficiente para uso clínico. Tudo isso sugere que pode ser adequado para uso doméstico, substituindo muitos testes laboratoriais para medições de progesterona que são necessárias durante o processo de fertilização in vitro.

A grande lição do estudo, diz Galagan, é que é uma "primeira prova de princípio de que poderíamos tomar um organismo, identificar uma nova proteína sensora, isolar esta proteína da bactéria, e projete-o em um dispositivo sensor que seja aplicável ao uso em pontos de atendimento. Até onde sabemos, isso nunca foi feito antes. "Ele enfatiza que a abordagem recém-desenvolvida não usa a bactéria como um sensor. ele extrai as bactérias em busca de partes de proteínas, isola essas partes, e os transforma em sensores que podem ser usados ​​para engenharia de dispositivos.

"Até agora, tecnologias vestíveis têm se concentrado principalmente em macro [indicadores] de saúde, como frequência cardíaca, pressão sanguínea, etc, "diz Kenneth Lutchen, reitor da Faculdade de Engenharia da BU. "Mas precisamos desesperadamente de métodos para prever o surgimento de doenças bem antes que eles criem mudanças perigosas em tais medidas. Dr. Galagan e colegas mostraram a prova de princípio para fornecer monitoramento em tempo real de indicadores microbianos do estado de saúde de uma forma que pode transformar radicalmente nosso capacidade de se envolver em atividades preditivas, telemedicina domiciliar. Em princípio, eles podem fornecer informações precoces específicas e sensíveis sobre o surgimento de doenças, levando a uma intervenção precoce, para que a qualidade de vida seja melhorada e, ao mesmo tempo, reduza drasticamente os custos com saúde ".

O papel, cuja tecnologia foi recentemente apresentada no simpósio inicial do novo Centro de Diagnóstico de Precisão da BU, fornece uma base para o desenvolvimento de muitos mais dispositivos sensores, com base na mesma classe de proteínas. Os pesquisadores estão atualmente construindo sobre essa base - desenvolvendo tecnologia para imobilizar e implantar esses sensores, e trabalhando em maneiras de converter seus recursos de detecção em um sinal eletrônico direto.

"Cooptar biologia para fins tecnológicos normalmente requer a tradução de sinais biológicos em um fluxo de fótons ou elétrons, "diz Galagan." Estamos trabalhando nisso agora. "

"O bom disso é a natureza interdisciplinar da pesquisa, "diz Klapperich, diretor do Centro de Diagnóstico de Precisão da BU. "Temos pessoas fazendo trabalho computacional, trabalho molecular, e pessoas da ciência dos materiais que estão construindo os sensores. Trabalhar com tantas pessoas de diferentes partes da Universidade é emocionante. "

Desde que sua descoberta foi relatada em Nature Communications , os pesquisadores já desenvolveram uma abordagem de segunda geração que lhes permite rastrear peças de amostras microbianas complexas, em vez de uma única bactéria cultivada. Essa triagem "meta-genômica" pode pesquisar coisas como solo, ou nosso próprio microbioma, essencialmente concedendo acesso a toda a diversidade de micróbios para pesquisadores que procuram por partes sensoriais. E como a abordagem identifica um gene específico, bem como uma proteína sensora, permite que os pesquisadores modifiquem o fator de transcrição de maneiras que podem torná-lo mais poderoso ou ganhar a capacidade de detectar outros compostos químicos, como cortisol ou estrogênio.

"Agora mesmo, estamos trabalhando com hormônios, "diz Klapperich." Mas isso pode funcionar com todos os tipos de coisas. Eu não posso esperar até que aumentemos isso. "

O grande desafio pela frente, Galagan diz, é a implantação de tais sensores para monitorar nossa saúde e meio ambiente. Sua equipe espera usar a tecnologia que está sendo construída em laboratórios ao redor do mundo para desenvolver uma ampla gama de aplicações:de detecção da saúde de corais ao monitoramento de variáveis ​​fisiológicas de suor e fluido intersticial com um dispositivo vestível não invasivo ou minimamente invasivo.

"Esta é realmente apenas a ponta do iceberg, "diz Galagan." Agora estamos posicionados para minerar toda a diversidade de micróbios para projetar sensores para uma ampla gama de saúde, biotecnológico, e aplicativos de consumidor. Esperamos que um dia esses sensores estejam disponíveis nas prateleiras ao lado do monitor contínuo de glicose. ”