p Um teste de laboratório usado para detectar doenças e realizar pesquisas biológicas poderia se tornar mais de 3 milhões de vezes mais sensível, de acordo com pesquisadores que combinaram ferramentas biológicas padrão com um avanço na nanotecnologia. p O aumento do desempenho pode melhorar muito a detecção precoce do câncer, A doença de Alzheimer e outras doenças, permitindo que os médicos detectem concentrações muito mais baixas de marcadores reveladores do que era prático anteriormente.

p A descoberta envolve um teste biológico comum chamado imunoensaio, que imita a ação do sistema imunológico para detectar a presença de biomarcadores - os produtos químicos associados às doenças. Quando os biomarcadores estão presentes nas amostras, como aqueles tirados de humanos, o teste de imunoensaio produz um brilho fluorescente (luz) que pode ser medido em um laboratório. Quanto maior o brilho, quanto mais biomarcador estiver presente. Contudo, se a quantidade de biomarcador for muito pequena, a luz fluorescente é muito fraca para ser detectada, definir o limite de detecção. Um dos principais objetivos da pesquisa de imunoensaios é melhorar o limite de detecção.

p Os pesquisadores de Princeton resolveram essa limitação usando a nanotecnologia para amplificar muito a fluorescência fraca de uma amostra. Ao modelar estruturas de vidro e ouro tão pequenas que só poderiam ser vistas com um poderoso microscópio eletrônico, os cientistas foram capazes de aumentar drasticamente o sinal de fluorescência em comparação com os imunoensaios convencionais, levando a uma melhoria de 3 milhões de vezes no limite de detecção. Isso é, o imunoensaio aprimorado exigiria 3 milhões de vezes menos biomarcadores presentes em comparação com um imunoensaio convencional. (Em termos técnicos, os pesquisadores mediram uma melhoria no limite de detecção de 0,9 nanomolares para 300 attomolares.)

p "Este avanço abre muitas oportunidades novas e interessantes para imunoensaios e outros detectores, bem como na detecção e tratamento precoce de doenças, "disse Stephen Chou, o professor de engenharia Joseph C. Elgin, que liderou a equipe de pesquisa. "Além disso, o novo ensaio é muito fácil de usar, pois para a pessoa que realiza o teste, não haverá diferença em relação ao antigo - eles fazem o procedimento exatamente da mesma maneira. "

p Os pesquisadores publicaram seus resultados em dois artigos de periódicos recentes. 1, publicado em 10 de maio na Nanotechnology, descreve a física e a engenharia do material de intensificação de fluorescência. O outro, publicado em 20 de abril na Analytical Chemistry, demonstra o efeito em imunoensaios. Além de Chou, os autores incluem pesquisadores pós-doutorado Weihua Zhang, Liangcheng Zhou e Jonathan Hu e os alunos de pós-graduação Fei Ding, Wei Ding, Wen-Di Li e Yuxuan Wang.

p O trabalho foi financiado pela Defense Advanced Research Project Agency e pela National Science Foundation.

p A chave para a descoberta está em um novo nanomaterial artificial chamado D2PA, que está em desenvolvimento no laboratório de Chou há vários anos. O D2PA é uma fina camada de nanoestruturas de ouro cercada por pilares de vidro com apenas 60 nanômetros de diâmetro. (Um nanômetro é um bilionésimo de um metro; isso significa cerca de 1, 000 dos pilares colocados lado a lado teriam a largura de um cabelo humano.) Os pilares estão separados por 200 nanômetros e cobertos com um disco de ouro em cada pilar. Os lados de cada coluna são salpicados de pontos dourados ainda mais minúsculos, com cerca de 10 a 15 nanômetros de diâmetro. Em trabalhos anteriores, Chou mostrou que esta estrutura única aumenta a coleta e transmissão de luz de maneiras incomuns - em particular, um aumento de 1 bilhão de vezes em um efeito chamado espalhamento Raman de superfície. O trabalho atual agora demonstra um aumento de sinal gigante com fluorescência.

p Em um imunoensaio típico, uma amostra como sangue, a saliva ou urina é retirada de um paciente e adicionada a pequenos frascos de vidro contendo anticorpos projetados para "capturar" ou se ligar a biomarcadores de interesse na amostra. Outro conjunto de anticorpos que foram marcados com uma molécula fluorescente são então adicionados à mistura. Se os biomarcadores não estiverem presentes nos frascos, os anticorpos de detecção fluorescentes não se ligam a nada e são levados pela água. A nova tecnologia desenvolvida em Princeton permite que a fluorescência seja vista quando poucos anticorpos encontram sua marca.

p Além de usos diagnósticos, os imunoensaios são comumente usados ​​na descoberta de medicamentos e em outras pesquisas biológicas. De forma geral, fluorescência desempenha um papel significativo em outras áreas da química e da engenharia, de monitores emissores de luz a captação de energia solar, e o material D2PA pode encontrar usos nesses campos, Disse Chou.

p Como próximos passos em sua pesquisa, Chou disse que está realizando testes para comparar a sensibilidade do imunoensaio intensificado por D2PA a um imunoensaio convencional na detecção de câncer de mama e de próstata. Além disso, ele está colaborando com pesquisadores do Memorial Sloan-Kettering Cancer Center em Nova York para desenvolver testes para detectar proteínas associadas à doença de Alzheimer em um estágio muito inicial.

p "Você pode ter uma detecção muito precoce com nossa abordagem, " ele disse.