Usando nanotubos de carbono especializados, os engenheiros do MIT projetaram um novo sensor que pode detectar o SARS-CoV-2 sem anticorpos, fornecendo um resultado em minutos. Seu novo sensor é baseado em tecnologia que pode gerar rapidamente diagnósticos rápidos e precisos, não apenas para o COVID-19, mas para futuras pandemias, dizem os pesquisadores.
"Um teste rápido significa que você pode abrir viagens muito mais cedo em uma pandemia futura. Você pode rastrear pessoas saindo de um avião e determinar se elas devem ficar em quarentena ou não. Você pode rastrear pessoas entrando em seu local de trabalho e assim por diante", diz Michael Strano, professor de Engenharia Química da Carbon P. Dubbs no MIT e autor sênior do estudo. "Ainda não temos tecnologia que possa desenvolver e implantar esses sensores com rapidez suficiente para evitar perdas econômicas".

O diagnóstico é baseado na tecnologia de sensor de nanotubos de carbono que o laboratório de Strano desenvolveu anteriormente. Depois que os pesquisadores começaram a trabalhar em um sensor COVID-19, levaram apenas 10 dias para identificar um nanotubo de carbono modificado capaz de detectar seletivamente as proteínas virais que procuravam, testá-lo e incorporá-lo a um protótipo funcional. Essa abordagem também elimina a necessidade de anticorpos ou outros reagentes que consomem muito tempo para gerar, purificar e disponibilizar amplamente.

A pós-doutoranda do MIT Sooyeon Cho e a estudante de pós-graduação Xiaojia Jin são os principais autores do artigo, que aparece hoje em Analytical Chemistry . Outros autores incluem os estudantes de pós-graduação do MIT Sungyun Yang e Jianqiao Cui e o pós-doutorando Xun Gong.

Reconhecimento molecular

Vários anos atrás, o laboratório de Strano desenvolveu uma nova abordagem para projetar sensores para uma variedade de moléculas. Sua técnica se baseia em nanotubos de carbono – cilindros ocos de espessura nanométrica feitos de carbono que naturalmente fluorescem quando expostos à luz do laser. Eles mostraram que, ao envolver esses tubos em diferentes polímeros, eles podem criar sensores que respondem a moléculas-alvo específicas, reconhecendo-as quimicamente.

Sua abordagem, conhecida como Corona Phase Molecular Recognition (CoPhMoRe), aproveita um fenômeno que ocorre quando certos tipos de polímeros se ligam a uma nanopartícula. Conhecidas como polímeros anfifílicos, essas moléculas têm regiões hidrofóbicas que se prendem aos tubos como âncoras e regiões hidrofílicas que formam uma série de alças que se estendem para fora dos tubos.

Esses laços formam uma camada chamada corona ao redor do nanotubo. Dependendo do arranjo das alças, diferentes tipos de moléculas-alvo podem se encaixar nos espaços entre as alças, e essa ligação do alvo altera a intensidade ou o comprimento de onda de pico da fluorescência produzida pelo nanotubo de carbono.

No início deste ano, Strano e InnoTech Precision Medicine, um desenvolvedor de diagnóstico com sede em Boston, receberam uma bolsa do National Institutes of Health para criar um sensor CoPhMoRe para proteínas SARS-CoV-2. Pesquisadores do laboratório de Strano já haviam desenvolvido estratégias que permitem prever quais polímeros anfifílicos irão interagir melhor com uma determinada molécula-alvo, para que possam gerar rapidamente um conjunto de 11 fortes candidatos ao SARS-CoV-2.

Cerca de 10 dias após o início do projeto, os pesquisadores identificaram sensores precisos para o nucleocapsídeo e a proteína spike do vírus SARS-CoV-2. Durante esse tempo, eles também foram capazes de incorporar os sensores em um dispositivo protótipo com uma ponta de fibra óptica que pode detectar alterações de fluorescência da amostra de biofluido em tempo real. Isso elimina a necessidade de enviar a amostra para um laboratório, o que é necessário para o teste de diagnóstico PCR padrão-ouro para COVID-19.

Este dispositivo produz um resultado em cerca de cinco minutos e pode detectar concentrações tão baixas quanto 2,4 picogramas de proteína viral por mililitro de amostra. Em experimentos mais recentes feitos após a submissão deste artigo, os pesquisadores alcançaram um limite de detecção menor do que os testes rápidos que já estão disponíveis comercialmente.

Os pesquisadores também mostraram que o dispositivo pode detectar a proteína do nucleocapsídeo SARS-CoV-2 (mas não a proteína spike) quando dissolvida na saliva. A detecção de proteínas virais na saliva geralmente é difícil porque a saliva contém carboidratos pegajosos e moléculas de enzimas digestivas que interferem na detecção de proteínas, e é por isso que a maioria dos diagnósticos de COVID-19 requer swabs nasais.

"Este sensor mostra a maior faixa de limite de detecção, tempo de resposta e compatibilidade com a saliva, mesmo sem nenhum desenho de anticorpo e receptor", diz Cho. "É uma característica única deste tipo de esquema de reconhecimento molecular que o design e teste rápidos são possíveis, sem impedimentos pelo tempo de desenvolvimento e requisitos da cadeia de suprimentos de um anticorpo convencional ou receptor enzimático".

Resposta rápida

A velocidade com que os pesquisadores conseguiram desenvolver um protótipo funcional sugere que essa abordagem pode ser útil para desenvolver diagnósticos mais rapidamente durante futuras pandemias, diz Strano.

"Somos capazes de passar de alguém nos entregando marcadores virais para um sensor de fibra óptica em funcionamento em um período de tempo extremamente curto", diz ele.

Sensores que dependem de anticorpos para detectar proteínas virais, que formam a base de muitos dos testes rápidos COVID-19 agora disponíveis, levam muito mais tempo para serem desenvolvidos porque o processo de projetar o anticorpo proteico certo é muito demorado.

Os pesquisadores solicitaram uma patente da tecnologia na esperança de que ela possa ser comercializada para uso como diagnóstico de COVID-19. Strano também espera desenvolver ainda mais a tecnologia para que possa ser implantada rapidamente em resposta a futuras pandemias. + Explorar mais

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