p Bioengenheiros da Universidade da Califórnia, San Diego desenvolveu um chip elétrico de grafeno capaz de detectar mutações no DNA. Os pesquisadores dizem que a tecnologia pode um dia ser usada em várias aplicações médicas, como testes de sangue para o rastreamento precoce do câncer, monitoramento de biomarcadores de doenças e detecção em tempo real de sequências virais e microbianas. O adiantamento foi publicado em 13 de junho na primeira edição online da Proceedings of the National Academy of Sciences . p "Estamos na vanguarda do desenvolvimento de um método digital rápido e barato para detectar mutações genéticas em alta resolução - na escala de uma única alteração de nucleotídeo em uma sequência de ácido nucleico, "disse Ratnesh Lal, professor de bioengenharia, engenharia mecânica e ciência dos materiais na Escola de Engenharia Jacobs na UC San Diego.

p A tecnologia, que está em um estágio de prova de conceito, é um primeiro passo em direção a um chip biossensor que pode ser implantado no corpo para detectar uma mutação de DNA específica - em tempo real - e transmitir as informações sem fio para um dispositivo móvel, como um smartphone ou laptop.

p A equipe liderada por Lal, que atua como codiretor do Centro de Excelência para Nanomedicina e Engenharia, um subcentro do Instituto de Engenharia em Medicina (IEM) da UC San Diego, e Gennadi Glinsky, um cientista pesquisador do IEM, desenvolveu uma nova técnica para detectar a mutação genética mais comum chamada polimorfismo de nucleotídeo único (SNP), que é uma variação de uma única base de nucleotídeo (A, C, G ou T) na sequência de DNA. Embora a maioria dos SNPs não tenham efeito perceptível na saúde, alguns estão associados a condições patológicas, como câncer, diabetes, doença cardíaca, doenças neurodegenerativas, doenças autoimunes e inflamatórias.

p Os métodos atuais de detecção de SNP são relativamente lentos, caros e requerem o uso de equipamentos pesados. "Estamos desenvolvendo um rápido, fácil, maneira barata e portátil de detectar SNPs usando um pequeno chip que pode funcionar com seu telefone celular, "disse Preston Landon, um cientista de pesquisa no grupo de pesquisa de Lal e co-autor no artigo PNAS.

p O chip consiste em uma sonda de DNA embutida em um transistor de efeito de campo de grafeno. A sonda de DNA é uma peça projetada de DNA de fita dupla que contém uma sequência que codifica um tipo específico de SNP. O chip é especificamente projetado e fabricado para capturar moléculas de DNA (ou RNA) com a mutação de nucleotídeo único - sempre que esses pedaços de DNA (ou RNA) se ligam à sonda, um sinal elétrico é produzido.

p O chip funciona essencialmente realizando o deslocamento da fita de DNA, o processo no qual uma dupla hélice de DNA troca uma fita por outra complementar. A nova fita complementar - que, nesse caso, contém a mutação de nucleotídeo único - liga-se mais fortemente a uma das fitas na dupla hélice e desloca a outra fita. Neste estudo, a sonda de DNA é uma dupla hélice contendo duas fitas complementares de DNA que são projetadas para se ligarem fracamente uma à outra:uma fita "normal", que está ligado ao transistor de grafeno, e uma vertente "fraca", em que quatro os Gs na sequência foram substituídos por inosinas para enfraquecer sua ligação com a fita normal. Fitas de DNA que têm a sequência complementar perfeitamente correspondente à fita normal - em outras palavras, fios que contêm o SNP - se ligarão ao fio normal e eliminarão o fio fraco. Os pesquisadores projetaram o chip para gerar um sinal elétrico quando uma fita contendo SNP se liga à sonda, permitindo a detecção rápida e fácil de SNP em uma amostra de DNA.

p Os pesquisadores apontaram que uma nova característica de seu chip é que a sonda de DNA está ligada a um transistor de grafeno, o que permite que o chip funcione eletronicamente. "Um destaque deste estudo é que mostramos que podemos realizar o deslocamento da fita de DNA em um transistor de efeito de campo de grafeno. Este é o primeiro exemplo de combinação de nanotecnologia de DNA dinâmica com sensoriamento eletrônico de alta resolução. O resultado é uma tecnologia que poderia ser usado com seus dispositivos eletrônicos sem fio para detectar SNPs, "disse Michael Hwang, estudante de doutorado em ciências de materiais na UC San Diego e co-autor do estudo.

p O uso de uma sonda de DNA de fita dupla na tecnologia desenvolvida pela equipe de Lal é outra melhoria em relação a outros métodos de detecção de SNP, que normalmente usam sondas de DNA de fita simples. Com uma sonda de DNA de fita dupla, apenas uma fita de DNA que é uma combinação perfeita com a fita normal é capaz de deslocar a fita fraca. "Uma sonda de DNA de fita única não fornece essa seletividade - mesmo uma fita de DNA contendo uma base de nucleotídeo incompatível pode se ligar à sonda e gerar resultados falso-positivos, "Disse Lal.

p Outra vantagem de uma sonda de DNA de fita dupla é que a sonda pode ser mais longa, permitindo que o chip detecte um SNP em trechos mais longos de DNA. Neste estudo, Lal e sua equipe relataram detecção de SNP bem-sucedida com uma sonda de 47 nucleotídeos - a sonda de DNA mais longa que foi usada na detecção de SNP até agora, pesquisadores disseram.

p Também, uma sonda mais longa garante que a sequência de DNA detectada seja única no genoma. "Esperávamos que com uma sonda mais longa, podemos desenvolver um chip de detecção de SNP específico para uma sequência confiável. De fato, alcançamos um alto nível de sensibilidade e especificidade com a tecnologia que desenvolvemos, "Lal disse.

p As próximas etapas incluem aumentar a tecnologia e adicionar capacidade sem fio ao chip. Mais adiante na estrada, os pesquisadores pretendem testar o chip em ambientes clínicos e usá-lo para realizar biópsias líquidas. Eles também imaginam que a tecnologia pode levar a uma nova geração de métodos diagnósticos e tratamentos personalizados na medicina.