Foto do dispositivo de rastreamento de parasitas baseado em motilidade. Crédito:UCLA Ozcan Research Group
As infecções parasitárias afetam centenas de milhões de pessoas, representando uma séria ameaça à saúde pública em todo o mundo. Por exemplo, a doença do sono e a doença de Chagas são doenças tropicais negligenciadas, causadas pelo parasita Trypanosoma, transmitido pelo sangue. Historicamente, recebe pouca atenção, essas doenças devastadoras afetam pessoas principalmente na África Subsaariana e na América do Sul, causando enorme ônus socioeconômico.
A microscopia óptica de amostras de fluidos corporais por especialistas médicos treinados continua sendo uma das abordagens mais comuns para diagnosticar infecções parasitárias em fluidos corporais. Contudo, as concentrações de parasitas clinicamente relevantes nos fluidos corporais podem ser extremamente baixas. Como a microscopia óptica convencional normalmente tem um volume de imagem muito pequeno, muitas vezes se esforça para fornecer a sensibilidade necessária para o diagnóstico precoce. Além disso, a tarefa se torna ainda mais desafiadora quando infecções parasitárias no sangue precisam ser detectadas. Porque existem bilhões de células sanguíneas em cada mililitro de sangue, e eles causam oclusão, tornando a tarefa de detectar parasitas no sangue um problema de agulha em um palheiro.
Pesquisadores da Escola de Engenharia Henry Samueli da UCLA desenvolveram uma plataforma barata e portátil que pode detectar parasitas móveis em fluidos corporais de forma automática. Usando sua plataforma, mais de 3 mL de uma amostra de fluido corporal podem ser fotografados e analisados dentro de 20 min, fornecendo um rendimento que é ordens de magnitude melhor do que o exame tradicional baseado em microscopia óptica.
A pesquisa, publicado em Light:Ciência e Aplicações , foi liderado por Aydogan Ozcan, Professor do Chanceler de Engenharia Elétrica e de Computação na UCLA e diretor associado do California NanoSystems Institute na UCLA, junto com Kent Hill, um Professor do Departamento de Microbiologia, Imunologia, e Genética Molecular na UCLA.
Em vez de capturar diretamente uma imagem estática da amostra de fluido e procurar parasitas, esta plataforma única adota uma abordagem diferente e detecta movimento dentro da amostra. Ele grava vídeos de alta taxa de quadros dos padrões holográficos da amostra iluminada com luz laser. Então, um algoritmo de análise de movimento analisa esses vídeos capturados em escala micro e converte a locomoção dos parasitas alvo dentro da amostra em um ponto de sinal, que é detectado e contado usando inteligência artificial.
"Embora a motilidade seja uma característica comum de vários parasitas e outros microrganismos causadores de doenças, seu uso como impressão digital para diagnóstico é pouco explorado e nosso trabalho fornece resultados marcantes, destacando esta oportunidade única, "disse Ozcan.
"Nossa plataforma pode ser considerada um detector de movimento no mundo microscópico, que trava em qualquer objeto em movimento dentro da amostra ", disse Yibo Zhang, um aluno de doutorado da UCLA e o primeiro autor deste estudo. "A locomoção é usada tanto como biomarcador quanto como mecanismo de contraste para distinguir parasitas de células normais."
A prova de conceito deste dispositivo foi demonstrada usando parasitas Trypanosoma, que têm várias subespécies que causam a doença do sono e a doença de Chagas. O limite de detecção do dispositivo foi quantificado em 10 parasitas por mililitro de sangue total, o que é cerca de cinco vezes melhor do que os métodos de detecção parasitológica de última geração. Este limite de detecção melhorado pode levar a uma melhor capacidade de detectar a doença do sono e a doença de Chagas em um estágio mais precoce, o que é essencial para melhorar a taxa de cura e reduzir a prevalência. Além dos tripanossomos, os autores também demonstraram o uso de seu dispositivo para detectar Trichomonas vaginalis, destacando que sua técnica é aplicável a vários parasitas e microrganismos móveis.
O dispositivo UCLA é compacto e leve (1,69 kg) e o custo do protótipo é inferior a US $ 1.850, que pode ser reduzido para menos de $ 800 quando fabricado em volumes maiores. "Graças à sua alta sensibilidade, fácil de usar, custo e portabilidade reduzidos, acreditamos que nossa técnica pode melhorar os esforços de rastreamento de parasitas, especialmente em áreas com poucos recursos e regiões endêmicas, "disse Hatice Ceylan Koydemir, um bolsista de pós-doutorado da UCLA, que é co-autor deste estudo.