Pesquisadores desenvolvem pequenas gotículas que aproveitam a luz do laser para detectar marcadores de doenças
Foto de microscopia de fluorescência das microgotículas ativadas por laser desenvolvidas por pesquisadores liderados pela NTU Cingapura. Crédito:NTU Cingapura Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura), criou minúsculas gotículas que, quando ativadas pela luz laser, podem detectar biomarcadores de proteínas virais que indicam a presença de certas doenças.
Estas microgotículas, com cerca de um terço do diâmetro de um fio de cabelo humano, poderiam potencialmente viajar na corrente sanguínea para atingir todas as partes do corpo humano e detectar partículas libertadas pelas células, conhecidas como exossomas, que funcionam como biomarcadores de doenças.
O professor assistente de Nanyang, Chen Yu-Cheng, da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica da NTU, que liderou a equipe de pesquisa com o pesquisador Dr. Fang Guocheng, disse que as microgotículas também poderiam oferecer uma alternativa mais precisa e eficaz para a terapia fotodinâmica, que usa luz ativada. transportadores de drogas para matar células anormais.
O trabalho da equipe de pesquisa foi relatado na revista Nano Letters em março de 2023.
Detecção de doenças através da caça de células não saudáveis
A equipe de pesquisa usou um cristal líquido para criar microgotículas que foram então revestidas com vários anticorpos que reagem a diferentes proteínas liberadas pelos vírus, transformando-os em detectores de doenças.
A microgotícula serve como ponto focal para a luz laser. Quando o laser entra na gota, sua energia e luz são amplificadas à medida que o laser reflete e salta dentro da gota repetidamente antes de sair da gota. Isso cria um sinal de energia mais forte que é emitido pela gota, levando a sinais mais precisos, precisos e facilmente detectáveis.
Quando uma microgotícula encontra uma proteína que reage com um de seus anticorpos anexados – sugerindo a presença de doença ou infecção – o comprimento de onda da luz refletida nas microgotículas muda.
Ao medir a mudança do comprimento de onda à medida que sai da microgotícula, os pesquisadores usaram a tecnologia em testes de laboratório para detectar com sucesso distúrbios neurológicos, doenças genéticas e células cancerígenas.
Asst Prof Chen disse:"O uso de lasers nos permite amplificar mudanças biológicas sutis, pois eles funcionam bem mesmo em ambientes de tecidos dispersos ou profundos. Os lasers oferecem forte coerência e intensidade e uma alta relação sinal-ruído, o que leva a mais detecção precisa."
O pesquisador Dr. Fang Guocheng, da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica da NTU Cingapura, com um frasco de microgotículas ativadas por laser (rosa), que são revestidas com vários anticorpos que reagem a diferentes proteínas liberadas por vírus. Isso os transforma em detectores de doenças. Crédito:NTU Cingapura
Os pesquisadores disseram que as microgotículas têm aplicações potenciais na triagem de drogas. "Prevemos que o estudo proposto pode servir como uma ferramenta útil tanto para a ciência biológica fundamental quanto para aplicações como triagem de medicamentos e aplicações de órgãos ou tecidos em chips", disse Asst Prof Chen.
Atualmente, os testes para células doentes são feitos com luz fluorescente convencional. Usar um laser confere diversas vantagens, disseram os pesquisadores. A maior delas é a maior precisão na detecção de doenças.
"Como o comprimento de onda de um feixe refletido por laser ocupa uma banda mais estreita do que a fluorescência usada em testes convencionais, os resultados são mais claros e precisos, com menos ruído e incerteza", disse o Dr. Fang, bolsista de pós-doutorado presidencial na Escola de NTU de Engenharia Elétrica e Eletrônica e co-autor correspondente do artigo.
"Devido à sua alta sensibilidade às mudanças no ambiente circundante, as partículas de laser têm sido empregadas como sensores moleculares em diversas aplicações", disse Asst Prof Chen.
Essas microgotículas personalizáveis também oferecem flexibilidade de movimento e detecção. De acordo com pesquisas publicadas anteriormente, eles podem ser controlados manualmente por meio de partículas magnéticas ou mover-se de forma autônoma por meio de lipídios e surfactantes, permitindo que se espalhem pelo corpo. Eles também são biodegradáveis e podem ser absorvidos com segurança pelo corpo.
"A capacidade de manipular microlasers - lasers de alguns mícrons de tamanho - em fluidos biológicos abre novas possibilidades em aplicações biofotônicas", disse Asst Prof Chen.
O professor assistente de Nanyang, Chen Yu-Cheng (à esquerda), e o pesquisador Dr. Fang Guocheng, da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica da NTU Cingapura, fazem parte da equipe de pesquisa que desenvolveu minúsculas gotículas ativadas por laser que poderiam ser usadas para detectar biomarcadores para doenças e células cancerosas (mostradas na tela como grandes esferas vermelhas e azuis) com mais precisão. Crédito:NTU Cingapura
Usos alternativos na terapia fotodinâmica
As microgotículas poderiam ser aplicadas na terapia fotodinâmica, onde os pacientes recebem um medicamento ativado pela luz. Esses medicamentos, chamados fotossensibilizadores, são projetados para serem absorvidos apenas por células doentes ou anormais e só têm efeito quando ativados por uma fonte de luz.
As microgotículas da equipe são pequenas o suficiente para navegar na corrente sanguínea e também se ligar aos exossomos. Eles poderiam ser usados para distribuir esses fotossensibilizadores em áreas onde as células doentes liberam exossomos.
A terapia fotodinâmica convencional utiliza uma luz fluorescente externa para ativar transportadores de medicamentos na corrente sanguínea, que iluminam uma grande área superficial do corpo. Os médicos podem ativar os medicamentos de forma mais precisa e local usando um laser como fonte de luz, levando a uma melhor eficiência direcionada.
A equipe de pesquisa está atualmente trabalhando para desenvolver um biochip integrado que possa ser potencialmente comercializado para uso em triagem de drogas e bioensaios em um único chip.
