Os pesquisadores de Stanford desenvolveram um novo microchip biossensor que pode acelerar significativamente o processo de desenvolvimento de medicamentos. Os microchips, embalado com "nanosensores altamente sensíveis, "analisar como as proteínas se ligam umas às outras, uma etapa crítica para avaliar a eficácia e os possíveis efeitos colaterais de um medicamento em potencial.

Uma única matriz de nanossensores com o tamanho de um centímetro pode monitorar simultaneamente e continuamente milhares de vezes mais eventos de ligação de proteínas do que qualquer sensor existente. O novo sensor também é capaz de detectar interações com maior sensibilidade e fornecer resultados significativamente mais rápidos do que o atual método "padrão ouro".

"Você pode caber milhares, até dezenas de milhares, de diferentes proteínas de interesse no mesmo chip e executar os experimentos de ligação de proteínas de uma só vez, "disse Shan Wang, professor de ciência e engenharia de materiais, e de engenharia elétrica, quem liderou o esforço de pesquisa.

"Em teoria, em um teste, você pode observar a afinidade de uma droga para cada proteína do corpo humano, "disse Richard Gaster, Candidato a MD / PhD em bioengenharia e medicina, quem é o primeiro autor de um artigo que descreve a pesquisa que foi publicada online este mês por Nature Nanotechnology .

O poder do arranjo nanosensor reside em dois avanços. Primeiro, o uso de nanotags magnéticos acoplados à proteína em estudo - como um medicamento - aumenta muito a sensibilidade do monitoramento.

Segundo, um modelo analítico que os pesquisadores desenvolveram permite que eles prevejam com precisão o resultado final de uma interação com base em apenas alguns minutos de dados de monitoramento. As técnicas atuais normalmente monitoram não mais do que quatro interações simultâneas e o processo pode levar horas.

"Acho que a tecnologia deles tem o potencial de revolucionar a forma como fazemos bioensaios, "disse P.J. Utz, professor associado de medicina (imunologia e reumatologia) no Stanford University Medical Center, que não participou da pesquisa.

Membros do grupo de pesquisa de Wang desenvolveram a tecnologia do nanossensor magnético há vários anos e demonstraram sua sensibilidade em experimentos nos quais mostraram que ela poderia detectar um biomarcador de proteína associado ao câncer no sangue de camundongo a um milésimo da concentração que as técnicas disponíveis comercialmente poderiam detectar. Essa pesquisa foi descrita em um artigo de 2009 em Nature Medicine .

Os pesquisadores adaptam as nanotags para se ligarem à proteína específica que está sendo estudada. Quando uma proteína equipada com nanotag se liga a outra proteína que está ligada a um nanossensor, a nanotag magnética altera o campo magnético ambiente ao redor do nanossensor de uma forma pequena, mas distinta, que é detectada pelo detector.

"Digamos que estejamos procurando um medicamento contra o câncer de mama, "Disse Gaster." O objetivo da droga é ligar-se à proteína-alvo nas células do câncer de mama tão fortemente quanto possível. Mas também queremos saber:com que força essa droga se liga de forma aberrante a outras proteínas do corpo? "

Para determinar isso, os pesquisadores colocariam proteínas do câncer de mama na matriz de nanosensores, junto com as proteínas do fígado, pulmões, rins e qualquer outro tipo de tecido que os preocupe. Em seguida, eles adicionariam o medicamento com suas nanotags magnéticas anexadas e veriam a quais proteínas a droga se liga - e com que força.

"Podemos ver a força com que a droga se liga às células do câncer de mama e também a força com que se liga a quaisquer outras células do corpo humano, como o fígado, rins e cérebro, "Gaster disse." Portanto, podemos começar a prever os efeitos adversos deste medicamento sem nunca colocá-lo em um paciente humano. "

É o aumento da sensibilidade à detecção que vem com as nanotags magnéticas que permite a Gaster e Wang determinar não apenas quando uma ligação se forma, mas também sua força.

"A taxa na qual uma proteína se liga e se libera, diz o quão forte é o vínculo, "Disse Gaster. Isso pode ser um fator importante com vários medicamentos.

"Estou surpreso com a sensibilidade que alcançaram, "Utz disse." Eles estão detectando na ordem de 10 a 1, 000 moléculas e isso para mim é bastante surpreendente. "

O nanosensor é baseado no mesmo tipo de sensor usado em discos rígidos de computador, Disse Wang.

"Como nosso chip é totalmente baseado em tecnologia e procedimentos microeletrônicos existentes, o número de sensores por área é altamente escalonável com muito baixo custo, " ele disse.

Embora os chips usados ​​no trabalho descrito no Nature Nanotechnology o papel tinha um pouco mais de 1, 000 sensores por centímetro quadrado, Wang disse que não deveria haver problema em colocar dezenas de milhares de sensores na mesma área.

"Pode ser dimensionado para mais de 100, 000 sensores por centímetro, sem nem mesmo forçar os limites da tecnologia na indústria de microeletrônica, " ele disse.

Wang disse que vê um futuro brilhante para matrizes de nanosensores cada vez mais poderosos, já que a infraestrutura de tecnologia para fazer essas matrizes de nanosensores está em vigor hoje.

“O próximo passo é casar essa tecnologia com um medicamento específico que está em desenvolvimento, "Wang disse." Essa será a aplicação realmente matadora desta tecnologia. "