Cientistas inventam dispositivo do tamanho de uma moeda para isolar rapidamente o plasma sanguíneo para diagnóstico e medicina de precisão
Protótipo do sistema ExoArc, que permite o isolamento automatizado em uma etapa de plasma sanguíneo de alta qualidade, útil para diagnósticos e medicina de precisão. Crédito:Universidade Tecnológica de Nanyang Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura), desenvolveram um chip do tamanho de uma moeda que pode isolar diretamente o plasma sanguíneo de um tubo de sangue em apenas 30 minutos, o que é mais conveniente e fácil de usar em comparação com o padrão ouro atual. , processo de centrifugação em várias etapas.
Chamado ExoArc, o dispositivo pode atingir alta pureza do plasma sanguíneo removendo mais de 99,9% das células sanguíneas e plaquetas com precisão e suavidade em apenas uma etapa.
Isso irá acelerar bastante a análise clínica das moléculas de DNA e RNA livres de células, bem como das nanopartículas comumente conhecidas como vesículas extracelulares. Essas partículas são frequentemente usadas para rastrear biomarcadores que são sinais reveladores específicos de certos tipos de câncer e doenças.
Atualmente, a única maneira de isolar o plasma sanguíneo é usando uma centrífuga, que gira amostras de sangue em alta velocidade para separar as células sanguíneas do plasma.
No entanto, mesmo após duas rondas de rotação na centrífuga, ainda existirão algumas células e plaquetas presentes no plasma sanguíneo que podem quebrar-se ou degradar-se, libertando bio-conteúdo adicional, conduzindo assim a materiais indesejados que afectam a precisão dos testes de diagnóstico. .
Como prova de conceito, a equipe construiu um protótipo portátil (medindo 30 cm x 20 cm x 30 cm) para abrigar o chip ExoArc (3,5 cm x 2,5 cm x 0,3 cm), que possui uma grande interface touchscreen para ajustar as configurações, bem como bombas e tubulações internas para processamento de amostras de sangue e coleta do plasma sanguíneo isolado.
Juntamente com médicos-cientistas do National Cancer Center Singapore (NCCS), do Tan Tock Seng Hospital (TTSH) e da Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), a equipe validou clinicamente o ExoArc analisando o perfil de microRNA do plasma sanguíneo. em pessoas saudáveis e pacientes com câncer usando um painel de biomarcadores e descobriu que era capaz de diagnosticar câncer de pulmão de células não pequenas com uma sensibilidade de 90%.
Como inovação, o ExoArc tem atualmente dois pedidos de patente depositados através da NTUitive, a empresa de inovação e empreendimento da NTU, e os resultados do seu estudo foram publicados recentemente na ACS Nano. .
O principal cientista do estudo, professor associado da NTU, Hou Han Wei, disse que a equipe pretendia encontrar uma solução mais rápida que pudesse substituir a centrífuga, ao mesmo tempo que produzia plasma de alta qualidade para triagem e pesquisa de doenças.
"Já se passaram quase 160 anos desde a invenção da primeira centrífuga e cerca de 50 anos desde que as centrífugas modernas de alta velocidade se tornaram uma ferramenta padrão em laboratórios para a preparação de amostras de sangue. Apesar desses avanços, a separação de líquidos complexos como o sangue, que compreende vários tipos de células e uma gama diversificada de materiais biológicos, continua a ser um desafio", explicou Assoc Prof Hou, engenheiro biomédico da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial e da Escola de Medicina Lee Kong Chian (LKCMedicine).
"Ao aproveitar o fenômeno de fluxo único em canais minúsculos em um chip do tamanho aproximado de uma moeda de um dólar, agora podemos separar com eficiência pequenos materiais biológicos com base em seu tamanho, sem usar qualquer membrana física ou filtros. Transformamos essa tecnologia inovadora em um dispositivo do tamanho de uma pequena impressora de mesa, com chips de plástico descartáveis para evitar contaminação cruzada em testes clínicos."
Coautor do artigo, Professor Darren Lim, consultor sênior da Divisão de Oncologia Médica do NCCS e Diretor de Pesquisa do SingHealth Duke-NUS Lung Center, explicou a importância do plasma sanguíneo de alta qualidade.
“Reduzir a contaminação por células sanguíneas degradadas é crucial para a precisão dos testes de diagnóstico. Nosso estudo mostra que este dispositivo permite diagnósticos clínicos mais rápidos e precisos, diminuindo significativamente o tempo de espera pelos resultados dos testes, reduzindo a ansiedade dos pacientes e, em última análise, melhorando o seu atendimento geral. Isto é particularmente significativo para o tratamento do câncer", disse o Prof Lim.
Em outra demonstração de sua ampla aplicação, a equipe usou o ExoArc para estudar moléculas de microRNA de amostras de plasma sanguíneo de indivíduos saudáveis e daqueles com diabetes mellitus tipo 2 usando reação em cadeia da polimerase quantitativa (PCR).
A partir de apenas um tubo de sangue, eles identificaram 293 moléculas de microRNA diferentes. A equipe de pesquisa também descobriu que o perfil de microRNA de plasmas e vesículas extracelulares de indivíduos com diabetes tipo 2 tinha uma composição diferente em comparação com participantes saudáveis. Isto sugere o potencial do ExoArc em ajudar a isolar e identificar biomarcadores relacionados a doenças.
O professor associado Rinkoo Dalan, consultor sênior especializado em diabetes e endocrinologia no Hospital Tan Tock Seng, disse que os resultados iniciais são promissores e mostram o potencial do ExoArc em ajudar a impulsionar a medicina de precisão.
"Esta tecnologia pode ajudar os médicos a prever e gerir melhor as complicações de condições metabólicas crónicas como a diabetes, fornecendo informações mais precisas, oportunas e individualizadas. Ao detectar biomarcadores específicos com precisão, podemos adaptar os tratamentos às necessidades únicas de cada paciente, melhorando potencialmente os resultados e melhorar a qualidade do atendimento", disse Assoc Prof Dalan, que também é professor na LKCmedicine.
ExoArc vs. centrífuga convencional
O atual método padrão ouro para isolar o plasma sanguíneo depende de centrífugas, o que não é infalível e depende altamente da habilidade dos técnicos que extraem manualmente o plasma após cada centrifugação.
Mesmo após duas rodadas de centrifugação, que podem levar até uma hora, células biológicas residuais podem permanecer no plasma, contaminando potencialmente os testes de RNA e levando a resultados imprecisos.
Uma das principais razões é que os exames de sangue são sensíveis ao tempo, exigindo processamento dentro de um dia ou mesmo algumas horas para evitar a rápida degradação do material biológico das células. Esta degradação introduz ADN, ARN ou vesículas adicionais no plasma, o que pode distorcer os resultados dos testes.
Os laboratórios normalmente esperam para acumular múltiplas amostras de sangue antes de usar a centrífuga, prolongando o processo de isolamento por várias horas. Este atraso, combinado com a longa duração da centrifugação e a variabilidade do operador, por vezes torna difícil comparar resultados científicos entre diferentes laboratórios de investigação.
Ao contrário da máquina centrífuga que normalmente processa vários tubos de amostras de sangue, a tecnologia ExoArc pode ser ampliada projetando vários canais para isolar simultaneamente o plasma sanguíneo à medida que as amostras de sangue são recebidas em clínicas ou hospitais de maneira mais rápida e consistente.
No futuro, este processo poderá ser automatizado num processo de uma só etapa, o que reduziria significativamente o tempo necessário para preparar amostras para teste e agilizaria o processo de diagnóstico, ajudando potencialmente a reduzir os custos globais. Ao ajustar o limite de tamanho, esta tecnologia de plataforma também pode ser usada para isolar bactérias ou vírus do sangue ou de outros biofluidos.
O desenvolvimento do ExoArc é apoiado por uma doação de Prova de Conceito e Prova de Valor do NTUitive Gap Fund, no âmbito da iniciativa NTU Innovation and Entrepreneurship. Esta iniciativa procura transformar a investigação em inovações práticas que abordem desafios sociais, como o envelhecimento da população, e gerem benefícios económicos significativos para Singapura.
