p Sensores eletroquímicos portáteis fazem parte da rotina diária de milhões de pessoas com diabetes em todo o mundo que monitoram seus níveis de açúcar no sangue com glicosímetros elétricos. Embora esses sensores tenham revolucionado os testes médicos domiciliares para diabéticos, eles ainda não foram aplicados com sucesso para diagnosticar outras condições. Sensores como glicosímetro detectam glicose no sangue com base na atividade de uma enzima, e há apenas um número limitado de enzimas que podem ser usadas para detectar biomarcadores de doenças humanas. Uma estratégia de detecção alternativa baseada em eventos de ligação entre anticorpos e seus alvos moleculares foi investigada para expandir o uso de sensores eletroquímicos para a medicina, mas esses sensores são vítimas do rápido acúmulo de substâncias "incrustantes" de fluidos biológicos em suas superfícies condutoras, que os desativam. Os revestimentos antivegetativos existentes são difíceis de fabricar em massa, sofrem de problemas de qualidade e consistência, e não são muito eficazes. p Agora, uma nova tecnologia de plataforma de diagnóstico desenvolvida por pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia da Universidade de Harvard, conhecida como "eRapid", permite a criação de sistemas de baixo custo, dispositivos eletroquímicos portáteis que podem detectar simultaneamente uma ampla gama de biomarcadores com alta sensibilidade e seletividade em fluidos biológicos complexos, usando apenas uma única gota de sangue. A tecnologia é descrita na mais recente edição da Nature Nanotechnology .

p "Contanto que exista um anticorpo para uma determinada molécula alvo, eRapid pode detectá-lo, "disse o co-autor Pawan Jolly, Ph.D., Cientista Pesquisador Sênior do Wyss Institute. "Ao resolver o problema da incrustação biológica com um design simples, mas robusto, agora somos capazes de produzir facilmente em massa sensores bioquímicos para uma ampla variedade de aplicações a baixo custo. "

p O desafio no desenvolvimento do revestimento anti-incrustante era evitar o acúmulo de substâncias fora do alvo nos eletrodos de metal do sensor, enquanto ainda mantinha sua condutividade para permitir a detecção do alvo. Depois de experimentar uma variedade de receitas, a equipe de pesquisa desenvolveu um simples, poroso, Matriz 3-D que consiste em albumina de soro bovino (BSA) reticulada com glutaraldeído e apoiada por uma rede de nanomateriais condutores, como nanofios de ouro ou nanotubos de carbono. O pequeno tamanho de poro do tamanho da matriz BSA exclui proteínas encontradas no sangue e plasma, e a fraca carga negativa do BSA impede a forte adesão de biomoléculas carregadas positivamente ao sensor.

p Quando os pesquisadores testaram seus sensores revestidos de nanomaterial em soro e plasma de sangue humano, eles retiveram mais de 90% de sua capacidade de detectar o sinal, mesmo depois de serem armazenados por um mês nesses biofluidos, enquanto os sensores revestidos com os melhores revestimentos antivegetativos publicados anteriormente perderam sensibilidade de sinal significativa quando incubados por uma hora, e foram completamente inativados após um dia.

p Para funcionalizar os sensores revestidos, os pesquisadores anexaram anticorpos à superfície do revestimento de nanomaterial na parte superior do eletrodo, e usou um "ensaio de sanduíche" para converter o evento de ligação do anticorpo em um sinal químico que precipita na superfície do eletrodo, gerando assim um sinal elétrico. A magnitude do sinal elétrico se correlaciona diretamente com a quantidade de precipitado produzido, e, assim, ao número de moléculas alvo ligadas aos anticorpos, permitindo que a concentração do alvo seja medida.

p A equipe demonstrou a utilidade comercial desta abordagem criando um sensor multiplexado com três eletrodos separados, cada um revestido com a matriz de nanofio BSA / ouro e uma camada de anticorpos contra uma molécula alvo clinicamente relevante:interleucina 6 (IL6), insulina, ou glucagon. Quando eles incubaram o sensor com as respectivas moléculas-alvo em plasma humano não diluído, eles observaram excelentes sinais elétricos com sensibilidade a picogramas por mL. Por outro lado, eletrodos revestidos com um revestimento anti-incrustante "PEG-SAM" publicado não produziram sinais distintos, indicando que eles foram irreversivelmente sujos por moléculas fora do alvo em amostras de plasma humano. Além disso, os sensores revestidos com nanofio de ouro / BSA podem ser lavados e reutilizados várias vezes com perda de sinal mínima, permitindo o monitoramento serial de biomarcadores facilmente e com baixo custo.

p Desde então, a equipe Wyss foi capaz de detectar mais de uma dúzia de biomarcadores diferentes variando de 100 Da a 150, 000 Da de tamanho com eRapid, e eles continuam a fazer experiências com nanomateriais condutores para otimizar o revestimento do eletrodo e o desempenho do sistema, além de reduzir ainda mais o custo. Eles estão explorando ativamente as opções de comercialização do eRapid no espaço de diagnósticos de ponto de atendimento portátil, mas também espero estender a plataforma de tecnologia de revestimento e sensor para outros alvos e contextos, incluindo diagnósticos hospitalares, detecção de toxinas ambientais, detecção de moléculas pequenas, e dispositivos médicos implantáveis.

p Interessantemente, a equipe - liderada pelo Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D. - não foi originalmente estabelecido com esse objetivo em mente. Este trabalho começou porque eles precisavam detectar simultaneamente várias biomoléculas produzidas por vários tipos de células de tecido que crescem dentro de Organs-on-Chips humanos para avaliar de forma não invasiva sua função e estado inflamatório ao longo do tempo. O pequeno volume de saída de líquido dos canais dos chips exigia sensores altamente sensíveis que também poderiam ser multiplexados, que levou à criação da tecnologia atual.

p "O eRapid surgiu da busca de uma inovação que levou a outra que tem o potencial de transformar o diagnóstico médico. esta tecnologia simples permitirá grandes avanços em nossa capacidade de desenvolver dispositivos portáteis de diagnóstico que podem ser usados ​​em casa, bem como em farmácias, ambulâncias, consultórios médicos, e departamentos de emergência em um futuro próximo, "disse Ingber, que também é o Professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, e Professor de Bioengenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard.