Cientistas da Rutgers University-New Brunswick criaram um sensor baseado em grafeno que pode levar à detecção precoce de ataques de asma iminentes e melhorar o gerenciamento da asma e de outras doenças respiratórias, prevenção de hospitalizações e mortes.

O sensor abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos - possivelmente semelhantes a rastreadores de fitness como o Fitbit - que as pessoas podem usar e saber quando e em que dosagem tomar seus medicamentos.

"Nossa visão é desenvolver um dispositivo que alguém com asma ou outra doença respiratória possa usar no pescoço ou no pulso e soprar nele periodicamente para prever o início de um ataque de asma ou outros problemas, "disse Mehdi Javanmard, professor assistente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação. "Avança no campo da medicina personalizada e de precisão."

Javanmard e uma equipe diversificada de especialistas da Rutgers-New Brunswick descrevem sua invenção em um estudo publicado online hoje no jornal Microsistemas e Nanoengenharia .

Asma, que causa inflamação das vias aéreas e obstrui o fluxo de ar, afeta cerca de 300 milhões de pessoas em todo o mundo. Cerca de 17,7 milhões de adultos e 6,3 milhões de crianças nos Estados Unidos foram diagnosticados com asma em 2014. Os sintomas incluem tosse, respiração ofegante, falta de ar, e aperto no peito. Outras doenças pulmonares graves incluem doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), que engloba enfisema e bronquite crônica.

Os métodos não invasivos de hoje para diagnosticar e monitorar asma são limitados na caracterização da natureza e do grau de inflamação das vias aéreas, e exigem caro, equipamento volumoso que os pacientes não podem levar facilmente com eles. Os métodos incluem espirometria, que mede a capacidade respiratória, e teste de óxido nítrico exalado, um indicador de inflamação das vias aéreas. Há uma necessidade urgente de melhorias, métodos minimamente invasivos para o diagnóstico molecular e monitoramento da asma, o estudo diz.

A medição de biomarcadores no condensado da respiração exalada - minúsculas gotículas de líquido liberadas durante a respiração - pode contribuir para a compreensão da asma em nível molecular e levar a um tratamento direcionado e a um melhor gerenciamento da doença.

O sensor eletroquímico miniaturizado dos pesquisadores da Rutgers mede com precisão o nitrito no condensado da respiração exalada usando óxido de grafeno reduzido. O óxido de grafeno reduzido resiste à corrosão, tem propriedades elétricas superiores e é muito preciso na detecção de biomarcadores. O grafeno é uma camada fina de grafite usada em lápis.

"O nível de nitrito no condensado da respiração é um biomarcador promissor para a inflamação no trato respiratório. método fácil de medir pode ajudar um asmático a determinar se os poluentes do ar estão afetando-o para que ele possa gerenciar melhor o uso de medicamentos e atividades físicas, "disse Clifford Weisel, coautor do estudo e professor do Rutgers 'Environmental and Occupational Health Sciences Institute (EOHSI). "Ele também pode ser usado em um consultório médico e departamentos de emergência para monitorar a eficácia de vários medicamentos antiinflamatórios para otimizar o tratamento."

"Aumentos na inflamação das vias aéreas podem ser um sinal de alerta precoce de aumento do risco de um ataque de asma ou exacerbação da DPOC, permitindo medidas preventivas ou tratamento mais precoces e eficazes, "disse Robert Laumbach, coautor do estudo e médico de medicina ocupacional e ambiental na EOHSI.

"Só de olhar para tossir, respiração ofegante e outros sintomas externos, a precisão do diagnóstico muitas vezes é pobre, então é por isso que essa ideia de monitorar biomarcadores continuamente pode resultar em uma mudança de paradigma, "disse Javanmard, que trabalha na Escola de Engenharia. "A capacidade de realizar a quantificação sem etiqueta do conteúdo de nitrito no condensado do ar exalado em uma única etapa, sem qualquer pré-tratamento de amostra, resolve um gargalo importante para permitir o gerenciamento portátil da asma."

A próxima etapa é desenvolver um portátil, sistema vestível, que pode estar disponível comercialmente em cinco anos, ele disse. Os pesquisadores também prevêem expandir o número de biomarcadores de inflamação que um dispositivo pode detectar e medir.

"Só nos EUA, inflamação da alergia, asma e várias doenças respiratórias estão aumentando, dispositivos que podem ajudar a diagnosticar, monitorar e gerenciar essas condições estará em alta demanda, "Javanmard disse.