A capacidade de detectar doenças numa fase precoce ou mesmo prever o seu início seria um enorme benefício tanto para médicos como para pacientes. Larysa Baraban no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) desenvolve dispositivos e sistemas biossensores inteligentes e miniaturizados usando nanomateriais para determinar biomoléculas e células, bem como reações ou processos bioquímicos como marcadores de doenças.



A publicação atual da equipe em Biossensores e Bioeletrônica descreve o desenvolvimento de um sistema de teste portátil do tamanho da palma da mão que pode realizar simultaneamente até 32 análises de uma amostra.

Existem várias possibilidades e mecanismos para detectar patógenos em fluidos corporais. Uma opção que Baraban investiga no HZDR-Institute of Radiopharmaceutical Cancer Research é a detecção usando transistores de efeito de campo (FETs) do domínio da eletrônica.

O princípio de funcionamento é simples:uma corrente elétrica definida flui de A para B. Esta corrente pode ser regulada pelo potencial elétrico na superfície de uma comporta, que funciona como uma válvula precisa e contínua.

Biomoléculas relevantes para doenças ligam-se à superfície da porta e, assim, alteram o potencial elétrico e, portanto, também a corrente. Se não houver mudança significativa na corrente, nenhuma biomolécula se ligou à superfície do sensor. Por outro lado, uma mudança na corrente significa que moléculas relacionadas a doenças podem ser detectadas na superfície do sensor.

Esses biossensores podem ser projetados para detectar especificamente diferentes biomoléculas. Diferentes patógenos causam diferentes potenciais elétricos e, portanto, diferentes correntes. As células cancerígenas causam correntes diferentes das, por exemplo, de um vírus da gripe.

Desenvolvimento de transistores reutilizáveis

A principal desvantagem dos biossensores eletrônicos tradicionais baseados em FET é que as superfícies de teste não são reutilizáveis ​​e todo o transistor deve ser descartado após cada amostragem. Como os transistores contêm materiais semicondutores caros, esse processo é caro e prejudicial ao meio ambiente.

Por essa razão, Baraban e seu Departamento de Nanomicrossistemas para Ciências da Vida deram um passo além e tentaram medir as mudanças potenciais não diretamente na superfície do transistor, mas em um eletrodo separado que está conectado à porta do transistor. "Isso nos permite usar o transistor várias vezes. Separamos a porta e nos referimos a ela como uma 'porta estendida' - isto é, uma extensão do sistema de teste."

Mas isso não é tudo. A equipe pensou ainda mais à frente e assumiu mais um desafio. “É claro que gostaríamos que este sistema realizasse diversas análises ao mesmo tempo”. Os pesquisadores conseguiram desenvolver portões estendidos com 32 blocos de teste. Baraban explica:“Isso significa que uma amostra pode ser testada simultaneamente em cada uma das almofadas para um patógeno diferente”.

Os cientistas demonstraram pela primeira vez o princípio de funcionamento usando a interleucina-6 (IL-6), molécula responsável pela comunicação entre as células do sistema imunológico. "Seja um simples resfriado ou um câncer, a concentração de IL-6 muda. Diferentes doenças, bem como diferentes estágios de uma doença, produzem diferentes quadros clínicos. É por isso que a IL-6 é muito adequada como marcador."

Nanopartículas para aumentar a sensibilidade

Para tornar o método ainda mais sensível, a equipe de Baraban também utilizou nanoestruturas. As nanopartículas concentram ou localizam a carga para amplificar o sinal de tensão.

“A sensibilidade dos testes é consideravelmente maior do que quando trabalhamos sem nanopartículas”. Como kits prontos de nanopartículas para pesquisa já estão disponíveis no mercado, esse método é simples de usar. Os cientistas do HZDR estão atualmente trabalhando com nanopartículas de ouro. No futuro, gostariam também de estudar outras nanopartículas.

Como resultado da pesquisa atual, foi criado um sistema de teste funcional e prático, composto por um transistor e trinta e duas placas de teste, com as quais diferentes patógenos podem ser detectados em um período muito curto de tempo.

No futuro, o sistema de teste descrito poderá, por exemplo, ser utilizado para monitorizar o progresso das imunoterapias em pacientes com cancro. Outra possibilidade seria prever a gravidade e o curso de uma doença viral, como a gripe ou a COVID-19, logo no início.

Em comparação com as tecnologias existentes, o novo sistema é mais económico e mais rápido. Por isso, Baraban e sua equipe esperam agora o interesse do setor comercial.

Mais informações: Željko Janićijević et al, Métodos padrão ouro em milifluídica clínica biossensor de transistor de efeito de campo de porta estendida multiplexado com nanoantenas de ouro como amplificadores de sinal, Biossensores e Bioeletrônica (2023). DOI:10.1016/j.bios.2023.115701
Informações do diário: Biossensores e Bioeletrônica

Fornecido pela Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães