p A dificuldade em detectar pequenas quantidades de doenças circulando na corrente sanguínea provou ser um obstáculo na detecção e no tratamento de cânceres que avançam furtivamente com poucos sintomas. Com um novo dispositivo de biossensor eletroquímico que identifica os menores sinais emitidos por esses biomarcadores, dois inventores do NJIT esperam preencher essa lacuna. p Seu trabalho na detecção de doenças é uma ilustração do poder do sensoriamento elétrico - e do crescente papel dos engenheiros - na pesquisa médica.

p "Idealmente, haveria um simples, teste barato - realizado em uma visita regular do paciente na ausência de sintomas específicos - para rastrear alguns dos mais silenciosos, cânceres mortais, "diz Bharath Babu Nunna, um recente Ph.D. graduado que trabalhou com Eon Soo Lee, um professor assistente de engenharia mecânica, para desenvolver um biochip aprimorado por nanotecnologia para detectar cânceres, malária e doenças virais como a pneumonia no início de sua progressão com um teste de sangue por picada de agulha.

p Seu dispositivo inclui um canal microfluídico através do qual uma pequena quantidade de sangue drenado flui através de uma plataforma de detecção revestida com agentes biológicos que se ligam a biomarcadores direcionados de doenças em fluidos corporais, como sangue, lágrimas e urina - desencadeando assim um nanocircuito elétrico que sinaliza sua presença.

p Em pesquisa publicada recentemente em Nano Covergence , Nunna e seus co-autores demonstraram o uso de nanopartículas de ouro para aumentar a resposta do sinal do sensor de seu dispositivo na detecção de câncer, entre outras descobertas.

p Uma das principais inovações do dispositivo é a capacidade de separar o plasma sanguíneo do sangue total em seus canais microfluídicos. O plasma sanguíneo carrega os biomarcadores da doença e, portanto, é necessário separá-lo para aumentar a "relação sinal / ruído" a fim de obter um teste de alta precisão. O dispositivo autônomo analisa uma amostra de sangue em dois minutos, sem a necessidade de equipamento externo.

p "Nossa abordagem detecta biomoléculas de doenças direcionadas na concentração de escala femto, que é menor do que a escala nano e até mesmo pico, e é semelhante a procurar um planeta em um aglomerado de galáxias. A tecnologia de detecção atual é limitada a concentrações mil vezes maiores. O uso de uma plataforma em nanoescala nos permite identificar esses níveis mais baixos de doença, "Nunna diz, adicionando, "E separando o plasma do sangue, somos capazes de concentrar os biomarcadores da doença. "

p Em outro artigo recente em BioNanoScience , Nunna, Lee e seus co-autores detalharam suas descobertas sobre as variações na sensibilidade com base no fluxo microfluídico.

p Nunna é agora um pesquisador de pós-doutorado na Harvard Medical School, onde ele está expandindo sua experiência em plataformas microfluídicas, usando-os em pesquisas de órgão no chip conduzidas com Su Ryon Shin, um investigador principal e instrutor do Departamento de Medicina da faculdade de medicina que desenvolve organóides bioprinted 3-D - órgãos artificiais compostos de células cultivadas dentro de hidrogéis estruturados - para experimentação médica.

p "Sou o principal responsável pelo desenvolvimento de dispositivos microfluídicos que automatizarão o processo de bioimpressão de órgãos 3-D que serão incorporados a um chip para diversos fins. por exemplo, com o desenvolvimento de uma plataforma automatizada para análise de toxicidade e eficácia de drogas de longo prazo para rastrear câncer de fígado e biomarcadores cardíacos. Vou integrar o biossensor microfluídico com o modelo de câncer de fígado e coração em um chip para monitoramento contínuo, " ele diz.

p Ao medir as concentrações de biomarcadores secretados por órgãos bioprinted 3-D injetados com drogas, podemos estudar os efeitos das drogas em vários órgãos sem prejudicar um paciente vivo. A criação de órgãos artificiais nos permite experimentar livremente. "

p Na estrada, ele adiciona, o trabalho em Harvard poderia ser potencialmente aplicado na medicina regenerativa. "O objetivo é desenvolver organóides 3-D bioprintados totalmente funcionais e tecidos 3-D clinicamente relevantes para resolver a questão da escassez de doadores em transplantes."

p Nunna diz que sua pesquisa na Harvard Medical School irá expandir seu conhecimento de microfluídica programável e técnicas precisas de sensoriamento eletroquímico, que por sua vez o ajudará a avançar sua tecnologia de biochip. O objetivo é simples, ensaio padrão para diagnóstico de câncer que evita o convencional, etapas de diagnóstico complexas.

p Lee e Nunna têm trabalhado com oncologistas na Weill Cornell Medicine e Hackensack Medical Center para identificar aplicações clínicas. Conforme projetado atualmente, o dispositivo forneceria resultados qualitativos e quantitativos de antígenos de câncer em amostras de sangue, fornecer informações sobre a presença e a gravidade do câncer. Sua próxima etapa, ele diz, será expandir a plataforma para detectar múltiplas doenças usando uma única amostra de sangue obtida com uma picada de agulha.

p "Embora a tecnologia de saúde seja considerada uma tecnologia em rápida evolução, ainda existem muitas necessidades não atendidas que precisam ser atendidas. Diagnosticar doenças potencialmente mortais nos estágios iniciais é a chave para salvar vidas e melhorar os resultados do tratamento do paciente, " ele diz, adicionando, "Há uma grande necessidade de tecnologia de saúde, incluindo uma plataforma de diagnóstico universal que pode fornecer resultados instantâneos no consultório médico e em outros locais de atendimento. "

p Nunna é cofundadora e cientista-chefe de pesquisa da Abonics, Inc., uma startup formada por Lee para comercializar seu dispositivo. Ele é nomeado co-inventor com Lee em três patentes de biochip publicadas e seis patentes adicionais que estão agora sob revisão do Escritório de Marcas e Patentes dos EUA. A tecnologia deles ganhou apoio financeiro do programa I-Corps da National Science Foundation e da New Jersey Health Foundation (NJHF), uma corporação sem fins lucrativos que apóia os melhores programas de pesquisa biomédica e educação relacionada à saúde em Nova Jersey.

p "Como sabemos, a detecção precoce pode melhorar significativamente os resultados do tratamento para os pacientes, "explicou George F. Heinrich, M.D., vice-presidente e CEO da NJHF, ao anunciar o prêmio. "Atualmente, os médicos confiam em dispositivos de diagnóstico que requerem um mínimo de quatro horas de preparação de amostras por meio de centros de diagnóstico centralizados, em vez de seus escritórios locais. "

p Em 2017, Nunna recebeu o "Prêmio de Melhor Design em Inovações em Saúde e Inovações em Ponto de Atendimento" na conferência Inovação em Saúde e Tecnologias em Ponto de Atendimento da Sociedade de Engenharia em Medicina e Biologia, realizada na sede do Instituto Nacional de Saúde em Bethesda, MD. Nesse mesmo ano, a tecnologia recebeu o prêmio nacional de inovação na TechConnect World Innovation Conference and Expo, um encontro anual de escritórios de transferência de tecnologia, empresas, e empresas de investimento que se reúnem para identificar tecnologias promissoras em todo o mundo.