O óxido nítrico (NO) é uma das moléculas de sinalização mais importantes nas células vivas, transportar mensagens dentro do cérebro e coordenar as funções do sistema imunológico. Em muitas células cancerosas, os níveis são perturbados, mas muito pouco se sabe sobre como o NO se comporta tanto nas células saudáveis ​​quanto nas cancerosas.

"O óxido nítrico tem papéis contraditórios na progressão do câncer, e precisamos de novas ferramentas para melhor entendê-lo, "diz Michael Strano, o Carbon P. Dubbs Professor de Engenharia Química no MIT. "Nosso trabalho fornece uma nova ferramenta para medir esta importante molécula, e potencialmente outros, no próprio corpo e em tempo real. "

Liderado pela pós-doutoranda Nicole Iverson, O laboratório de Strano construiu um sensor que pode monitorar o NO em animais vivos por mais de um ano. Os sensores, descrito na edição de 3 de novembro de Nature Nanotechnology , pode ser implantado sob a pele e usado para monitorar a inflamação - um processo que produz NO. Esta é a primeira demonstração de que os nanosensores podem ser usados ​​dentro do corpo por um longo período de tempo.

Esses sensores, feito de nanotubos de carbono, também pode ser adaptado para detectar outras moléculas, incluindo glicose. A equipe de Strano está trabalhando em sensores que poderiam ser implantados sob a pele de pacientes diabéticos para monitorar seus níveis de glicose ou insulina, eliminando a necessidade de coleta de sangue.

Sensores para curto e longo prazo

Nanotubos de carbono - ocos, cilindros de um nanômetro de espessura feitos de carbono puro têm despertado grande interesse como sensores. O laboratório de Strano desenvolveu recentemente sensores de nanotubos de carbono para uma variedade de moléculas, incluindo peróxido de hidrogênio e agentes tóxicos, como o gás nervoso sarin. Esses sensores tiram vantagem da fluorescência natural dos nanotubos de carbono, acoplando-os a uma molécula que se liga a um alvo específico. Quando o alvo está vinculado, a fluorescência dos tubos aumenta ou diminui.

O laboratório de Strano já havia mostrado que os nanotubos de carbono podem detectar NO se os tubos estiverem envoltos em DNA com uma sequência particular. No novo jornal, os pesquisadores modificaram os nanotubos para criar dois tipos diferentes de sensores:um que pode ser injetado na corrente sanguínea para monitoramento de curto prazo, e outro que é embutido em um gel para que possa ser implantado por longo prazo sob a pele.

Para tornar as partículas injetáveis, Iverson anexou PEG, um polímero biocompatível que inibe a aglutinação de partículas na corrente sanguínea. Ela descobriu que quando injetada em camundongos, as partículas podem fluir através dos pulmões e do coração sem causar nenhum dano. A maioria das partículas se acumula no fígado, onde podem ser usados ​​para monitorar o NO associado à inflamação.

"Até agora, olhamos apenas para o fígado, mas vemos que ele permanece na corrente sanguínea e vai para os rins. Potencialmente, poderíamos estudar todas as diferentes áreas do corpo com esta nanopartícula injetável, "Iverson diz.

O sensor de longo prazo consiste em nanotubos embutidos em um gel feito de alginato, um polímero encontrado nas algas. Uma vez que este gel é implantado sob a pele dos camundongos, ele permanece no local e permanece funcional por 400 dias; os pesquisadores acreditam que pode durar ainda mais. Este tipo de sensor pode ser usado para monitorar câncer ou outras doenças inflamatórias, ou para detectar reações imunológicas em pacientes com quadris artificiais ou outros dispositivos implantados, de acordo com os pesquisadores.

Uma vez que os sensores estão no corpo, os pesquisadores apontam um laser infravermelho próximo sobre eles, produzindo um sinal fluorescente próximo ao infravermelho que pode ser lido usando um instrumento que pode dizer a diferença entre nanotubos e outra fluorescência de fundo.

Monitorando glicose

Iverson agora está trabalhando na adaptação da tecnologia para detectar glicose, envolvendo diferentes tipos de moléculas em torno dos nanotubos.

A maioria dos pacientes diabéticos deve picar os dedos várias vezes ao dia para fazer leituras de glicose no sangue. Embora existam sensores eletroquímicos de glicose disponíveis que podem ser fixados na pele, esses sensores duram apenas uma semana, no máximo, e há risco de infecção porque o eletrodo perfura a pele.

Além disso, Strano diz, a tecnologia do sensor eletroquímico não é precisa o suficiente para ser incorporada ao tipo de sistema de monitoramento de circuito fechado no qual os cientistas estão trabalhando agora. Este tipo de sistema consistiria em um sensor que oferece monitoramento de glicose em tempo real, conectado a uma bomba de insulina que forneceria insulina quando necessário, sem necessidade de punção digital ou injeção de insulina pelo paciente.

"O pensamento atual é que todas as partes do sistema de circuito fechado estão no lugar, exceto por um sensor preciso e estável. Há uma oportunidade considerável de melhorar os dispositivos que agora estão no mercado para que um sistema completo possa ser realizado, "Strano diz.