p Os cientistas da IBM desenvolveram uma nova tecnologia lab-on-a-chip que pode, pela primeira vez, partículas biológicas separadas em nanoescala e podem permitir aos médicos detectar doenças como o câncer antes que os sintomas apareçam. p Conforme relatado hoje no jornal Nature Nanotechnology , os resultados da equipe da IBM mostram separação baseada em tamanho de biopartículas de até 20 nanômetros (nm) de diâmetro, uma escala que dá acesso a partículas importantes, como DNA, vírus e exossomos. Uma vez separados, essas partículas podem ser analisadas por médicos para revelar sinais de doença antes mesmo que os pacientes apresentem quaisquer sintomas físicos e quando o resultado do tratamento for mais positivo. Até agora, a menor biopartícula que poderia ser separada por tamanho com tecnologias no chip era cerca de 50 vezes ou maior, por exemplo, separação de células tumorais circulantes de outros componentes biológicos.

p A IBM está colaborando com uma equipe da Icahn School of Medicine em Mount Sinai para continuar o desenvolvimento desta tecnologia lab-on-a-chip e planeja testá-la no câncer de próstata, o câncer mais comum em homens nos EUA

p Na era da medicina de precisão, exossomos são cada vez mais vistos como biomarcadores úteis para o diagnóstico e prognóstico de tumores malignos. Os exossomos são liberados em fluidos corporais facilmente acessíveis, como sangue, saliva ou urina. Eles representam uma ferramenta biomédica preciosa, pois podem ser usados ​​no contexto de biópsias líquidas menos invasivas para revelar a origem e a natureza de um câncer.

p A equipe da IBM direcionou exossomos com seu dispositivo, pois as tecnologias existentes enfrentam desafios para separar e purificar exossomos em biópsias líquidas. Os exossomos variam em tamanho de 20-140 nm e contêm informações sobre a saúde da célula de origem da qual são eliminados. Uma determinação do tamanho, proteínas de superfície e cargas de ácido nucléico transportadas por exossomos podem fornecer informações essenciais sobre a presença e o estado do câncer em desenvolvimento e outras doenças.

p Os resultados da IBM mostram que eles podem separar e detectar partículas tão pequenas quanto 20 nm de partículas menores, que exossomos de tamanho 100 nm e maiores podem ser separados de exossomos menores, e essa separação pode ocorrer apesar da difusão, uma marca registrada da dinâmica de partículas nessas escalas pequenas. Com o Monte Sinai, a equipe planeja confirmar que seu dispositivo é capaz de detectar exossomos com biomarcadores específicos do câncer de biópsias líquidas de pacientes.

p "A capacidade de classificar e enriquecer biomarcadores em nanoescala em tecnologias baseadas em chips abre a porta para a compreensão de doenças como o câncer, bem como vírus como a gripe ou Zika, "disse Gustavo Stolovitzky, Diretor do Programa de Biologia de Sistemas Translacionais e Nanobiotecnologia da IBM Research. "Nosso dispositivo lab-on-a-chip pode oferecer um simples, opção não invasiva e acessível para detectar e monitorar uma doença, mesmo em seus estágios iniciais, muito antes de os sintomas físicos se manifestarem. Esta quantidade extra de tempo permite que os médicos tomem decisões mais informadas e quando o prognóstico para as opções de tratamento é mais positivo. "

p Com a capacidade de classificar biopartículas em nanoescala, Mt. Sinai espera que a tecnologia da IBM possa fornecer um novo método para espionar as mensagens transportadas por exossomos para comunicações célula a célula. Isso pode elucidar questões importantes sobre a biologia das doenças, bem como abrir caminho para ferramentas de diagnóstico não invasivas e eventualmente acessíveis. Monitorar essa conversa intercelular com mais regularidade pode permitir que os especialistas médicos acompanhem o estado de saúde de um indivíduo ou a progressão de uma doença.

p “Quando estamos à frente da doença, geralmente podemos tratá-la bem; mas se a doença está à nossa frente, a jornada geralmente é muito mais difícil. Um dos desenvolvimentos importantes que estamos tentando nesta colaboração é ter os fundamentos básicos para identificar assinaturas de exossomos que podem estar lá muito cedo, antes que os sintomas apareçam ou antes de uma doença piorar, "disse o Dr. Carlos Cordon-Cardo, Professor e presidente do Departamento de Patologia do Sistema de Saúde Mount Sinai. "Ao reunir a experiência de domínio do Monte Sinai em câncer e patologia com a experiência em biologia de sistemas da IBM e sua mais recente tecnologia de separação em nanoescala, a esperança é procurar por específicos, biomarcadores sensíveis em exossomos que representam uma nova fronteira para oferecer pistas que podem conter a resposta para saber se uma pessoa tem câncer ou como tratá-lo. "

p Classificando biopartículas em nanoescala

p As tecnologias Lab-on-a-chip se tornaram uma ferramenta de diagnóstico incrivelmente útil para médicos, pois podem ser significativamente mais rápidas, portátil, fácil de usar e requer menos volume de amostra para ajudar a detectar doenças. O objetivo é reduzir a um único chip de silício todos os processos necessários para analisar uma doença que normalmente seria realizada em um laboratório de bioquímica em escala real.

p Usando uma tecnologia chamada deslocamento lateral determinístico em nanoescala, ou nano-DLD, Os cientistas da IBM, Dr. Joshua Smith e Dr. Benjamin Wunsch, lideraram o desenvolvimento de uma tecnologia de laboratório em um chip que permite que uma amostra de líquido seja passada, em fluxo contínuo, através de um chip de silício contendo uma matriz de pilares assimétricos. Esta matriz permite que o sistema classifique uma cascata microscópica de nanopartículas, separar partículas por tamanho com resolução de dezenas de nanômetros. A IBM já reduziu o tamanho do chip para 2 cm por 2 cm, enquanto continua o desenvolvimento para aumentar a densidade do dispositivo para melhorar a funcionalidade e o rendimento.

p Muito parecido com a forma como uma estrada através de um pequeno túnel só permite a passagem de carros menores, enquanto força os caminhões maiores a desviarem, nano-DLD usa um conjunto de pilares para desviar partículas maiores, permitindo que as partículas menores fluam através das lacunas da matriz de pilares, separando efetivamente esse "tráfego" de partículas por tamanho, sem interromper o fluxo. Interessantemente, Os cientistas da IBM notaram que matrizes de nano-DLD também podem dividir uma mistura de muitos tamanhos de partículas diferentes em uma variedade de fluxos, muito parecido com um prisma divide a luz branca em cores diferentes. A natureza de fluxo contínuo dessa tecnologia contorna o processamento em lote stop-and-go típico das técnicas de separação convencionais.

p Aproveitando a vasta experiência em semicondutores da IBM com seus recursos crescentes em biologia experimental, Os cientistas da IBM usaram processos de silício manufaturáveis ​​para produzir as matrizes nano-DLD para seu dispositivo lab-on-a-chip. Como parte de sua estratégia contínua, Os pesquisadores da IBM estão trabalhando para aumentar a diversidade de biopartículas que podem ser separadas com seu dispositivo, e melhorando a precisão e especificidade para aplicações clínicas do mundo real.