p Uma única célula pode conter muitas informações sobre a saúde de um indivíduo. Agora, um novo método desenvolvido no MIT e na National Chiao Tung University poderia tornar possível a captura e análise de células individuais de uma pequena amostra de sangue, potencialmente levando a sistemas de diagnóstico de custo muito baixo que podem ser usados ​​em quase qualquer lugar. p O novo sistema, com base em folhas especialmente tratadas de óxido de grafeno, poderia levar a uma variedade de dispositivos simples que poderiam ser produzidos por apenas US $ 5 cada e realizar uma variedade de testes diagnósticos sensíveis, mesmo em locais distantes das instalações médicas típicas.

p O material usado nesta pesquisa é uma versão oxidada da forma bidimensional de carbono puro conhecido como grafeno, que tem sido objeto de ampla pesquisa por mais de uma década por causa de suas características mecânicas e elétricas únicas. A chave para o novo processo é o aquecimento do óxido de grafeno a temperaturas relativamente amenas. Este recozimento de baixa temperatura, como é conhecido, torna possível unir compostos específicos à superfície do material. Esses compostos, por sua vez, selecionam e se ligam a moléculas específicas de interesse, incluindo DNA e proteínas, ou mesmo células inteiras. Uma vez capturado, essas moléculas ou células podem então ser submetidas a uma variedade de testes.

p Os resultados são relatados no jornal ACS Nano em um artigo de co-autoria de Neelkanth Bardhan, um pós-doutorado no MIT, e Priyank Kumar PhD '15, agora um pós-doutorado na ETH Zurich; Angela Belcher, o James Mason Crafts Professor em engenharia biológica e ciência de materiais e engenharia no MIT e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research; Jeffrey Grossman, o Morton e Claire Goulder e o Professor da Família em Sistemas Ambientais no MIT; Hidde L. Ploegh, professor de biologia e membro do Whitehead Institute for Biomedical Research; Guan-Yu Chen, professor assistente de engenharia biomédica na National Chiao Tung University em Taiwan; e Zeyang Li, estudante de doutorado no Instituto Whitehead.

p Outros pesquisadores têm tentado desenvolver sistemas de diagnóstico usando um substrato de óxido de grafeno para capturar células ou moléculas específicas, mas essas abordagens usavam apenas o cru, material não tratado. Apesar de uma década de pesquisa, outras tentativas de melhorar a eficiência de tais dispositivos dependeram de modificações externas, tais como padronização de superfície por meio de técnicas de fabricação litográfica, ou adicionar canais microfluídicos, que aumentam o custo e a complexidade. A nova descoberta oferece uma produção em massa, abordagem de baixo custo para alcançar tais melhorias na eficiência.

p O processo de aquecimento altera as propriedades da superfície do material, fazendo com que os átomos de oxigênio se agrupem, deixando espaços de grafeno vazio entre eles. Isso torna relativamente fácil anexar outros produtos químicos à superfície, que pode interagir com moléculas específicas de interesse. A nova pesquisa demonstra como esse processo básico pode potencialmente permitir um conjunto de sistemas de diagnóstico de baixo custo, por exemplo, para rastreamento de câncer ou acompanhamento de tratamento.

p Para este teste de prova de conceito, a equipe usou moléculas que podem capturar de forma rápida e eficiente células imunológicas específicas que são marcadores de certos tipos de câncer. Eles foram capazes de demonstrar que suas superfícies tratadas de óxido de grafeno eram quase duas vezes mais eficazes na captura de tais células do sangue total, em comparação com dispositivos fabricados usando o comum, óxido de grafeno não tratado, diz Bardhan, o autor principal do artigo.

p O sistema também tem outras vantagens, Bardhan diz. Ele permite a rápida captura e avaliação de células ou biomoléculas em condições ambientais em cerca de 10 minutos e sem a necessidade de refrigeração de amostras ou incubadoras para controle preciso da temperatura. E todo o sistema é compatível com os métodos de fabricação em grande escala existentes, tornando possível a produção de dispositivos de diagnóstico por menos de US $ 5 cada, as estimativas da equipe. Esses dispositivos podem ser usados ​​em testes de ponto de atendimento ou em ambientes com recursos limitados.

p Os métodos existentes para o tratamento de óxido de grafeno para permitir a funcionalização da superfície requerem tratamentos de alta temperatura ou o uso de produtos químicos agressivos, mas o novo sistema, que o grupo patenteou, não requer nenhum pré-tratamento químico e uma temperatura de recozimento de apenas 50 a 80 graus Celsius (122 a 176 F).

p Embora o método de processamento básico da equipe possa possibilitar uma ampla variedade de aplicativos, incluindo células solares e dispositivos emissores de luz, para este trabalho, os pesquisadores se concentraram em melhorar a eficiência de captura de células e biomoléculas que podem ser submetidas a uma série de testes. Eles fizeram isso revestindo enzimaticamente a superfície de óxido de grafeno tratada com peptídeos chamados nanocorpos - subunidades de anticorpos, que podem ser produzidos de forma barata e fácil em grandes quantidades em biorreatores e são altamente seletivos para biomoléculas particulares.

p Os pesquisadores descobriram que aumentar o tempo de recozimento aumentou constantemente a eficiência da captura de células:após nove dias de recozimento, a eficiência de captura de células do sangue total passou de 54 por cento, para óxido de grafeno não tratado, a 92 por cento para o material tratado.

p A equipe então realizou simulações de dinâmica molecular para entender as mudanças fundamentais na reatividade do material de base de óxido de grafeno. Os resultados da simulação, que a equipe também verificou experimentalmente, sugeriu que após o recozimento, a fração relativa de um tipo de oxigênio (carbonila) aumenta em detrimento dos outros tipos de grupos funcionais de oxigênio (epóxi e hidroxila) como resultado do agrupamento de oxigênio. Essa mudança torna o material mais reativo, o que explica a maior densidade de agentes de captura de células e o aumento da eficiência da captura de células.

p "A eficiência é especialmente importante se você está tentando detectar um evento raro, "Belcher diz." O objetivo disso era mostrar uma alta eficiência de captura. "A próxima etapa após essa prova básica de conceito, ela diz, é tentar fazer um detector funcional para um modelo de doença específico.

p Em princípio, Bardhan diz, muitos testes diferentes podem ser incorporados em um único dispositivo, tudo o que poderia ser colocado em uma pequena lâmina de vidro como as usadas para microscopia. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.