Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI e da Universidade de Basel desenvolveram um teste rápido para COVID-19. Seu novo princípio funcional promete resultados confiáveis ​​e quantificáveis ​​sobre a doença COVID-19 de um paciente e seu curso, bem como evidências sobre outras doenças e variantes COVID que possam estar presentes. Antes que possa entrar em uso generalizado, no entanto, ainda deve passar por mais testes e otimização. Os pesquisadores relatam seu desenvolvimento na revista ACS Applied Nanomaterias.
Uma das principais deficiências dos testes rápidos de antígeno – como demonstrado por um estudo recente de um grupo de pesquisa liderado por Heinrich Scheiblauer do Instituto Alemão Paul Ehrlich – é sua falta de confiabilidade. Dos 122 kits de teste de diferentes fabricantes que foram testados para o estudo, um quinto falhou e nem atendeu ao requisito mínimo de identificar 75% dos indivíduos de teste com alta carga viral como positivos para o coronavírus. Outra desvantagem:os testes apenas dizem se o sujeito tem a infecção ou não. Eles não fornecem informações sobre o curso da infecção ou a reação imunológica dos sujeitos de teste.

Agora, um novo teste desenvolvido no PSI – que, ao contrário dos testes de antígeno, não detecta diretamente os componentes do vírus, mas sim os anticorpos que o sistema imunológico produz em resposta à infecção – promete trazer substancialmente mais poder preditivo aos testes rápidos. É igualmente barato, rápido e fácil de usar, e também pode ser usado para identificar simultaneamente uma variedade de patógenos, como os responsáveis ​​pela gripe. "Assim, ele também fornece mais dados do que os testes rápidos de anticorpos anteriores que são usados ​​para determinar se alguém já teve uma infecção por coronavírus", diz Yasin Ekinci, chefe do Laboratório de Nanociência e Tecnologias de Raios-X da PSI, responsável por o projeto para desenvolver o novo teste.

O bloco de construção central do teste é uma pequena placa retangular de acrílico comum, semelhante a uma lâmina de microscópio. Consiste em uma camada inferior com um milímetro de espessura e uma camada superior com uma espessura de 0,2 milímetros. Os pesquisadores modelaram um relevo na parte inferior usando litografia por feixe de elétrons – um processo extremamente preciso para fresar materiais sólidos usados, por exemplo, na fabricação de chips de computador. Uma vez que o modelo mestre foi produzido dessa maneira, os pesquisadores combinaram isso com a chamada litografia de nanoimpressão, que acelera significativamente o processo de fabricação e reduz seu custo.

Microestrutura multifuncional

Com a camada mais fina de Plexiglas como cobertura, a placa agora tem três canais paralelos por onde um fluido pode fluir de uma extremidade à outra. Cada um deles tem 300 micrômetros (0,3 milímetro) de largura e 3,4 micrômetros de altura na entrada. Na saída, os canais são cinco vezes mais largos, mas apenas um micrômetro de altura. Ao longo de um trecho intermediário, o canal se estreita para apenas alguns micrômetros de largura e, em um ponto, tem apenas 0,8 micrômetro de altura – aproximadamente 100 vezes mais fino que o cabelo humano.

"Esta estrutura de canal especial serve a vários propósitos ao mesmo tempo", diz Thomas Mortelmans, doutorando no Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel e primeiro autor do estudo. Mortelmans realizou sua pesquisa no Laboratório de Nanociência e Tecnologias de Raios-X da PSI. Por um lado, garante um forte efeito capilar, como a ação familiar dos tecidos de condutos que transportam a água das raízes até as copas das árvores. Nenhuma bomba é necessária. A força resulta da tensão interfacial entre o líquido e a superfície sólida. Praticamente suga a água através das passagens estreitas. Exatamente a mesma coisa acontece com os canais do Plexiglas - exceto que, em vez de água, uma gota de sangue flui através dele.

O que é crucial para o teste é uma passagem na qual a altura do canal cai de 3,4 micrômetros para 0,8. No que os pesquisadores chamam de região de captura, partículas previamente adicionadas ao sangue ficam presas em locais pré-definidos – dependendo de quais patógenos estão presentes no sangue. Para o teste, explica Mortelmans, o sujeito ia a um médico ou a um centro de testes. Lá, uma pequena gota de sangue é retirada com uma picada no dedo, como em um teste de açúcar no sangue. Um líquido no qual nanopartículas artificiais especiais são suspensas é misturado ao sangue. Sua superfície tem a mesma estrutura que as notórias proteínas de pico do vírus SARS-CoV-2, às quais os anticorpos humanos se acoplam ao combater a doença. Além disso, são adicionadas pequenas partículas fluorescentes que se ligam aos anticorpos SARS-CoV-2 em humanos.

Isso significa que, se houver anticorpos contra o SarsCoV-2 no sangue que está sendo testado, as partículas fluorescentes primeiro se ligam a eles; juntos, eles se ligam às estruturas semelhantes a vírus das nanopartículas significativamente maiores e ficam presas, junto com elas, nos locais predefinidos correspondentes ao diâmetro das nanopartículas. "É aí que o canal tem exatamente 2,8 micrômetros de altura", diz Mortelmans. Aqui as nanopartículas se acumulam, com os anticorpos humanos e seus apêndices brilhantes acoplados a eles. Se a placa for colocada sob um microscópio de fluorescência, o sinal de luz é visível. Quanto mais anticorpos o paciente formou, mais brilhante ele é; quanto mais claro o sinal, mais forte a reação imunológica. É assim que o COVID-19 pode ser claramente diagnosticado. “Além disso, você pode usar a força do sinal para ver se o sistema imunológico está reagindo bem e se pode esperar um curso leve – ou se pode estar exagerando, o que significa que há risco de complicações”, explica Mortelmans.

Um teste rápido com muitas possibilidades

Não há risco de o canal ficar bloqueado por outras partículas no sangue. Os próprios vírus têm apenas cerca de 0,12 micrômetros de tamanho e fluem sem resistência. Apenas os glóbulos vermelhos próximos às nanopartículas são maiores do que a parte mais estreita do canal. "No início do nosso projeto de desenvolvimento, eles realmente causaram problemas", diz Mortelmans. "Mas nós otimizamos o canal para que agora eles passem." Os pesquisadores aproveitaram o fato de que as células são flexíveis e compressíveis:"A força capilar agora é tão grande que comprime as células do sangue através de cada estreitamento do canal".

O teste abre ainda mais possibilidades além do diagnóstico de COVID-19. Além disso, nanopartículas de diferentes tamanhos e com diferentes estruturas de superfície podem ser misturadas ao sangue para permitir testes simultâneos para outras doenças. No estudo, Mortelmans fez isso usando partículas cuja superfície corresponde aos vírus influenza A. Nos experimentos, dois pontos na região de captura se iluminaram:um para COVID-19 e outro para gripe.

Além disso, é possível identificar diferentes anticorpos que o sistema imunológico produz em diferentes estágios da doença. Por exemplo, pode-se usar partículas fluorescentes verdes que se ligam apenas a anticorpos que aparecem na fase inicial da infecção e partículas fluorescentes vermelhas para anticorpos produzidos pelo sistema imunológico em estágios posteriores. "O teste pode ser estendido de várias maneiras", diz Mortelmans. "Poderíamos, por exemplo, testar dez doenças diferentes de uma só vez sem problemas e usar quatro cores também." Obviamente, o número de canais também pode ser aumentado para testar ainda mais variantes. Em princípio, o segundo e o terceiro canais existem apenas para confirmar o resultado do primeiro. No entanto, eles também podem ser usados ​​para realizar testes diferentes. "Em princípio, temos aqui um sistema semelhante ao Lego, no qual você pode combinar diferentes componentes", diz o gerente de projeto Yasin Ekinci.

Os pesquisadores começaram seu trabalho no novo teste logo após o início da pandemia de coronavírus. "Estávamos trabalhando em um teste de diagnóstico para Parkinson na época", diz Ekinci. "Quando a pandemia se instalou, nos perguntamos como nós, como instituto de pesquisa, poderíamos contribuir para superá-la." No entanto, o desenvolvimento levou mais tempo porque o teste é tão novo, porque pouco se sabia sobre o vírus no início e porque as amostras dos pacientes também eram difíceis de obter.

Para o estudo, o dispositivo foi testado com 29 amostras de sangue – 19 delas provenientes de pessoas infectadas e 10 de pessoas não infectadas. Com exceção de um caso falso-negativo, o teste foi sempre correto. Isso também foi identificado durante o teste de acompanhamento. "É claro que precisamos fazer muito mais testes para fazer uma declaração sólida sobre confiabilidade, e ainda há muito espaço para melhorias. Mas é muito promissor", diz Ekinci.

Além disso, o teste deve se tornar ainda mais fácil de realizar. "Estamos trabalhando para torná-lo tão fácil de fazer com saliva em vez de sangue", relata Mortelmans. "Também queremos poder usar uma câmera de celular em vez de um microscópio para ler os sinais. Dispositivos modernos agora são capazes de fazer isso." Esse teste atualmente leva entre 10 e 30 minutos. Mas também é possível fazê-lo em dois minutos; ele está sendo otimizado com esse objetivo. "Nossa visão é uma tecnologia", diz Ekinci, "com a qual podemos diagnosticar simultaneamente várias doenças e variantes de COVID e gripe de maneira confiável, rápida e barata por meio do telefone celular. Nosso novo conceito é capaz de tornar isso realidade". + Explorar mais

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