p Os engenheiros do MIT desenvolveram uma maneira de medir a massa das partículas com uma resolução melhor do que um attograma - um milionésimo de um trilionésimo de grama. Pesando essas minúsculas partículas, incluindo nanopartículas sintéticas e componentes biológicos de células, poderia ajudar os pesquisadores a entender melhor sua composição e função. p O sistema se baseia em uma tecnologia desenvolvida anteriormente por Scott Manalis, professor de engenharia biológica e mecânica do MIT, pesar partículas maiores, como células. Este sistema, conhecido como ressonador de microcanal suspenso (SMR), mede a massa das partículas à medida que fluem por um canal estreito.

p Reduzindo o tamanho de todo o sistema, os pesquisadores conseguiram aumentar sua resolução para 0,85 attogramas - uma melhoria de mais de 30 vezes em relação à geração anterior do dispositivo.

p "Agora podemos pesar pequenos vírus, vesículas extracelulares, e a maioria das nanopartículas projetadas que estão sendo usadas para nanomedicina, "diz Selim Olcum, um pós-doutorado no laboratório de Manalis e um dos principais autores de um artigo que descreve o sistema na edição desta semana do Anais da Academia Nacional de Ciências .

p O estudante de graduação Nathan Cermak também é o principal autor do artigo, e Manalis, membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT, é o autor sênior do artigo. Pesquisadores dos laboratórios de professores do MIT e membros do Koch Institute Angela Belcher e Sangeeta Bhatia também contribuíram para o estudo.

p Um pequeno sensor para pequenas partículas

p Manalis desenvolveu o sistema SMR pela primeira vez em 2007 para medir a massa de células vivas, bem como partículas tão pequenas quanto um femtograma (um quatrilionésimo de grama, ou 1, 000 attogramas). Desde então, seu laboratório usou o dispositivo para rastrear o crescimento celular ao longo do tempo, medir a densidade celular, e medir outras propriedades físicas, como rigidez.

p O sensor de massa original consiste em um microcanal cheio de fluido gravado em um pequeno cantilever de silício que vibra dentro de uma cavidade a vácuo. Conforme as células ou partículas fluem através do canal, um por vez, sua massa altera ligeiramente a frequência de vibração do cantilever. A massa da partícula pode ser calculada a partir dessa mudança na frequência.

p Para tornar o dispositivo sensível a massas menores, os pesquisadores tiveram que diminuir o tamanho do cantilever, que se comporta como um trampolim, Olcum diz. Quando um mergulhador salta no final de um trampolim, ele vibra com uma amplitude muito grande e baixa frequência. Quando o mergulhador mergulha na água, a placa começa a vibrar muito mais rápido porque a massa total da placa caiu consideravelmente.

p Para medir massas menores, um "trampolim" menor é necessário. "Se você estiver medindo nanopartículas com um grande cantilever, é como ter um enorme trampolim com uma pequena mosca nele. Quando a mosca pular, você não nota nenhuma diferença. É por isso que tivemos que fazer trampolins muito pequenos, "Olcum diz.

p Em um estudo anterior, pesquisadores no laboratório de Manalis construíram um cantilever de 50 mícrons - cerca de um décimo do tamanho do cantilever usado para medir células. Esse sistema, conhecido como ressonador de nanocanal suspenso (SNR), foi capaz de pesar partículas tão leves quanto 77 attogramas a uma taxa de uma partícula ou duas por segundo.

p O cantilever na nova versão do dispositivo SNR tem 22,5 mícrons de comprimento, e o canal que o atravessa tem 1 mícron de largura e 400 nanômetros de profundidade. Esta miniaturização torna o sistema mais sensível porque aumenta a frequência de vibração do cantilever. Em frequências mais altas, o cantilever é mais responsivo a mudanças menores na massa.

p Os pesquisadores obtiveram outro impulso na resolução ao mudar a fonte da vibração do cantilever de uma excitação eletrostática para uma piezoelétrica, que produz uma amplitude maior e, por sua vez, diminui o impacto de vibrações espúrias que interferem no sinal que estão tentando medir.

p Com este sistema, os pesquisadores podem medir quase 30, 000 partículas em pouco mais de 90 minutos. "No espaço de um segundo, temos quatro ou cinco partículas passando, e poderíamos potencialmente aumentar a concentração e fazer com que as partículas passassem mais rápido, "Cermak diz.

p Análise de partículas

p Para demonstrar a utilidade do dispositivo na análise de nanopartículas projetadas, a equipe do MIT pesou nanopartículas feitas de DNA ligadas a pequenas esferas de ouro, o que lhes permitiu determinar quantas esferas de ouro estavam ligadas a cada estrutura de DNA-origami. Essas informações podem ser usadas para avaliar o rendimento, que é importante para o desenvolvimento de nanoestruturas precisas, como andaimes para nanodispositivos.

p Os pesquisadores também testaram o sistema SNR em nanopartículas biológicas chamadas exossomos - vesículas que carregam proteínas, RNA, ou outras moléculas secretadas por células - que se acredita desempenhar um papel na sinalização entre locais distantes do corpo.

p Eles descobriram que os exossomos secretados pelas células do fígado e fibroblastos (células que compõem o tecido conjuntivo) tinham diferentes perfis de distribuição de massa, sugerindo que pode ser possível distinguir vesículas que se originam de células diferentes e podem ter funções biológicas diferentes.

p Os pesquisadores agora estão investigando o uso do dispositivo SNR para detectar exossomos no sangue de pacientes com glioblastoma (GBM), um tipo de câncer no cérebro. Este tipo de tumor secreta grandes quantidades de exossomos, e monitorar as mudanças em sua concentração pode ajudar os médicos a monitorar os pacientes enquanto eles são tratados.

p Os exossomos de glioblastoma agora podem ser detectados pela mistura de amostras de sangue com nanopartículas magnéticas revestidas com anticorpos que se ligam a marcadores encontrados nas superfícies das vesículas, mas o SNR pode fornecer um teste mais simples.

p "Estamos particularmente entusiasmados com o uso da alta precisão do SNR para quantificar microvesículas no sangue de pacientes com GBM. Embora existam abordagens baseadas em afinidade para isolar subconjuntos de microvesículas, o SNR poderia fornecer um meio sem rótulo de enumeração de microvesículas que é independente de sua expressão de superfície, "Manalis diz.