Quando as pessoas estão nos estágios iniciais de uma doença não diagnosticada, exames imediatos que levam ao tratamento são os melhores primeiros passos. Mas uma coleta de sangue - geralmente realizada por um profissional médico armado com uma agulha desconfortavelmente grande - pode não ser a mais rápida, método menos doloroso ou mais eficaz, de acordo com novas pesquisas.

Agora, uma técnica que usa microagulhas capazes de extrair quantidades relativamente grandes de fluido intersticial - um líquido que se esconde logo abaixo da pele - abre novas possibilidades. Anteriormente, microagulhas - minúsculas, oco, agulhas de aço inoxidável - drenaram pequenas quantidades de fluido intersticial necessárias para analisar os níveis de eletrólitos, mas não conseguiram extrair fluido suficiente para fazer exames médicos mais complicados práticos. Os maiores empates do novo método podem ser mais eficazes para medir rapidamente a exposição a agentes químicos e biológicos de guerra, bem como para diagnosticar câncer e outras doenças, diz o pesquisador do Sandia National Laboratories e chefe da equipe Ronen Polsky, que é o investigador principal do projeto patrocinado pela Agência de Redução de Ameaças de Defesa e o programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório de Sandia.

"Acreditamos que o fluido intersticial tem um enorme potencial diagnóstico, mas tem havido um problema com a coleta de quantidades suficientes para análises clínicas, "disse Polsky." Fluido intersticial dérmico, por causa de suas importantes funções regulatórias no corpo, na verdade carrega mais células imunológicas do que sangue, portanto, pode até prever o aparecimento de algumas doenças mais rapidamente do que outros métodos. "

Polsky, junto com a Universidade do Novo México, o Edgewood Chemical Biological Center do Exército dos EUA e outros pesquisadores Sandia descreveram a nova técnica em um artigo de 22 de outubro no Natureza Diário Biologia das Comunicações .

As quantidades relativamente grandes de fluido intersticial puro extraído, que nunca antes foram alcançados, torna possível criar um banco de dados de moléculas testáveis, como proteínas, nucleotídeos, pequenas moléculas e outras vesículas de sinalização célula a célula chamadas exossomos. Sua presença ou ausência no fluido intersticial de um paciente indicaria, então, quando os dados de um indivíduo são transmitidos por meios eletrônicos para um futuro data center, se distúrbios corporais, como câncer, doença hepática ou outros problemas podem estar ocorrendo.

O novo protocolo de extração com microagulha alcançou seus resultados mais recentes, modificando uma técnica descrita em um artigo técnico de 1999. A técnica original desenhava fluido com uma microagulha presa a um substrato plano que penetrava na pele. Na modificação recente, um anel concêntrico de um injetor de caneta de insulina cortado horizontalmente ao redor da agulha foi usado por acaso e uma quantidade muito maior de fluido tornou-se disponível.

"O artigo anterior mostrou menos de um microlitro por inserção e nossas novas agulhas estavam recebendo até 2 microlitros por agulha, portanto, hipotetizamos que a diferença tinha que ser a montagem em torno da agulha modulando a pressão pressionada na pele, "disse o pesquisador da Sandia Phillip Miller, o autor principal do artigo. "Ao criar matrizes de agulhas, nossa quantidade extraível aumentou de 2 microlitros para até 20 microlitros em seres humanos. "Um microlitro equivale a cerca de 0,000034 onças fluidas.

Fluido intersticial, o fluido transparente que envolve todas as células humanas, é mais comumente experimentado como o líquido que expande bolhas. É tão importante para o transporte de biomoléculas entre as células e como intermediário entre o sangue e o sistema linfático que alguns pesquisadores o referiram. como pele, como outro órgão corporal.

A vantagem do fluido intersticial para os pacientes é que ele pode ser sondado por agulhas de 1,5 mm (aproximadamente 0,06 polegadas) que são muito curtas para alcançar os nervos que causam dor. Também não tem glóbulos vermelhos para turvar os resultados dos testes. Até esta última pesquisa, o fluido tinha apenas uma dificuldade:a incapacidade dos pesquisadores de coletar o suficiente dele não contaminado por fragmentos de células para realizar um número adequado de testes para uma caracterização completa. Uma microagulha pressionada na pele enviaria apenas o fluido intersticial que havia deslocado - uma fração de microlitro. Alternativamente, a inserção de uma minúscula bomba de fluido gerou grandes quantidades, mas danificadas de fluido.

Acordo de pesquisa de um milhão de dólares

Trabalhos na última década usaram agulhas em laboratório para coletar pequenas quantidades - frações de microlitros - de fluido intersticial para detectar mudanças em tempo real nos sais corporais que indicam fadiga. Os pesquisadores imaginaram um dispositivo do tamanho de um relógio de pulso que fornecesse leituras instantâneas de eletrólitos para atletas e seus treinadores, militares em campo ou cidadãos comuns se sentindo um pouco deprimidos.

Essa técnica provou ter mais do que interesse teórico:Sandia Labs, com Polsky como investigador principal, acaba de assinar um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento de US $ 1 milhão com uma empresa sediada na Austrália, Microfluidics Biomedical Pty. Ltd., para desenvolver um relógio que detecte lactato e glicose em tempo real. O relógio está projetado para estar pronto para o mercado em três anos. Polsky falou sobre esse conceito em uma palestra TEDxABQ em setembro de 2017.

O acordo é baseado no interesse da empresa em criar um dispositivo de medição em tempo real para entusiastas do esporte, soldados em campo e pessoas comuns interessadas em determinar problemas pessoais de saúde imediatamente. A experiência da empresa em desenvolvimento de algoritmo e a experiência de Sandia em microfabricação de sensores integrados autônomos e tecnologia de microagulhas irão se juntar ao desenvolvimento do produto.

Vários designs de relógio serão testados quanto à sensibilidade e seletividade, bem como para uso de longo prazo em intervalos de concentração relevantes em um fluido intersticial sintético e, em seguida, em sujeitos vivos. Microfluidics Biomedical irá projetar a tecnologia sem fio para transmitir o sinal gerado pelos sensores, que pode ser lido por treinadores, líderes de equipes militares ou o dono do relógio.

Este acordo de pesquisa é significativo porque é um passo para cruzar o que os empresários chamam de "vale da morte", que muitas vezes separa a inovação de laboratório da realização como um produto comercial.

Mas a comunidade de pesquisa que investiga o uso médico de microagulhas queria examinar um jogo maior, incluindo a detecção de doenças temidas mais intrusivas do que uma mera falta de eletrólitos.

Mais testes serão necessários para coletar dados sobre os componentes do fluido intersticial que refletem em espécie, embora não em quantidade, muitos daqueles disponíveis para sangue. Uma vez alcançado, o palco será montado de forma mais simples, mais barato, mais rápido, testes indolores que se espera no futuro serão transmitidos eletronicamente do relógio de pulso de um participante para um banco de dados central, para determinar em tempo real a existência de um problema médico e seu remédio no estágio inicial.

Levará muitos anos para fazer um banco de dados completo para as doenças do mundo, Polsky disse. Então, atualmente, ele e sua equipe estão iniciando um novo projeto para analisar biomarcadores no fluido intersticial que evoluem após a vacinação contra a gripe. O esforço contará com funcionários voluntários da Sandia. "A vacinação contra a gripe é uma forma ideal de estudar a patogênese de doenças infecciosas e este estudo pode levar a uma nova forma de diagnosticar a gripe e caracterizar sua propagação, "disse Polsky.