Usando uma nova tecnologia desenvolvida no MIT, diagnosticar o câncer de pulmão pode se tornar tão fácil quanto inalar sensores de nanopartículas e depois fazer um teste de urina que revela se um tumor está presente.



O novo diagnóstico é baseado em nanosensores que podem ser administrados por um inalador ou nebulizador. Se os sensores encontrarem proteínas ligadas ao cancro nos pulmões, produzem um sinal que se acumula na urina, onde pode ser detectado com uma simples tira de teste de papel.

Esta abordagem poderia potencialmente substituir ou complementar o atual padrão ouro para o diagnóstico de câncer de pulmão, a tomografia computadorizada (TC) de baixa dose. Poderia ter um impacto especialmente significativo em países de baixo e médio rendimento que não têm ampla disponibilidade de tomógrafos, dizem os investigadores.

"Em todo o mundo, o cancro irá tornar-se cada vez mais prevalente em países de baixo e médio rendimento. A epidemiologia do cancro do pulmão a nível mundial é que é impulsionado pela poluição e pelo tabagismo, por isso sabemos que estes são locais onde a acessibilidade a este tipo da tecnologia pode ter um grande impacto", diz Sangeeta Bhatia, professor John e Dorothy Wilson de Ciências e Tecnologia da Saúde e de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT, e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e do Instituto de Medicina Engenharia e Ciência.

Bhatia é o autor sênior do artigo, que aparece em Science Advances . Qian Zhong, um cientista pesquisador do MIT, e Edward Tan, um ex-pós-doutorado do MIT, são os principais autores do estudo.

Partículas inaláveis

Para ajudar a diagnosticar o câncer de pulmão o mais cedo possível, a Força-Tarefa de Serviços Preventivos dos EUA recomenda que fumantes inveterados com mais de 50 anos sejam submetidos a tomografias computadorizadas anuais. No entanto, nem todos neste grupo-alvo recebem estes exames, e a elevada taxa de falsos positivos dos exames pode levar a testes invasivos e desnecessários.

Bhatia passou a última década desenvolvendo nanossensores para uso no diagnóstico de câncer e outras doenças e, neste estudo, ela e seus colegas exploraram a possibilidade de usá-los como uma alternativa mais acessível ao rastreamento por tomografia computadorizada para câncer de pulmão.

Esses sensores consistem em nanopartículas de polímero revestidas com um repórter, como um código de barras de DNA, que é separado da partícula quando o sensor encontra enzimas chamadas proteases, que costumam ser hiperativas em tumores. Esses repórteres eventualmente se acumulam na urina e são excretados do corpo.

Versões anteriores dos sensores, que visavam outros locais de câncer, como fígado e ovários, foram projetadas para serem administradas por via intravenosa. Para o diagnóstico do câncer de pulmão, os pesquisadores queriam criar uma versão que pudesse ser inalada, o que poderia facilitar a implantação em ambientes com menos recursos.

"Quando desenvolvemos esta tecnologia, o nosso objetivo era fornecer um método que pudesse detetar o cancro com elevada especificidade e sensibilidade, e também diminuir o limiar de acessibilidade, para que, esperançosamente, possamos melhorar a disparidade de recursos e a desigualdade na deteção precoce do cancro do pulmão, "Zhong diz.

Para conseguir isso, os pesquisadores criaram duas formulações de suas partículas:uma solução que pode ser aerossolizada e administrada com um nebulizador, e um pó seco que pode ser administrado por meio de um inalador.

Assim que as partículas chegam aos pulmões, elas são absorvidas pelo tecido, onde encontram quaisquer proteases que possam estar presentes. As células humanas podem expressar centenas de proteases diferentes, e algumas delas são hiperativas em tumores, onde ajudam as células cancerígenas a escapar dos seus locais originais, cortando proteínas da matriz extracelular.

Estas proteases cancerígenas separam os códigos de barras do ADN dos sensores, permitindo que os códigos de barras circulem na corrente sanguínea até serem excretados na urina.

Nas versões anteriores desta tecnologia, os pesquisadores usaram espectrometria de massa para analisar a amostra de urina e detectar códigos de barras de DNA. No entanto, a espectrometria de massa requer equipamentos que podem não estar disponíveis em áreas com poucos recursos, por isso, para esta versão, os pesquisadores criaram um ensaio de fluxo lateral, que permite a detecção dos códigos de barras por meio de uma tira de teste de papel.

Os pesquisadores projetaram a tira para detectar até quatro códigos de barras de DNA diferentes, cada um indicando a presença de uma protease diferente. Não é necessário pré-tratamento ou processamento da amostra de urina e os resultados podem ser lidos cerca de 20 minutos após a obtenção da amostra.

“Estávamos realmente pressionando este ensaio para que estivesse disponível no local de atendimento em um ambiente com poucos recursos, então a ideia era não fazer nenhum processamento de amostra, não fazer nenhuma amplificação, apenas para poder colocar a amostra diretamente no papel e leia em 20 minutos", diz Bhatia.

Diagnóstico preciso

Os pesquisadores testaram seu sistema de diagnóstico em camundongos geneticamente modificados para desenvolver tumores pulmonares semelhantes aos observados em humanos. Os sensores foram administrados 7,5 semanas após o início da formação dos tumores, um momento que provavelmente se correlacionaria com o estágio 1 ou 2 do câncer em humanos.

No seu primeiro conjunto de experiências em ratos, os investigadores mediram os níveis de 20 sensores diferentes concebidos para detectar diferentes proteases. Usando um algoritmo de aprendizado de máquina para analisar esses resultados, os pesquisadores identificaram uma combinação de apenas quatro sensores que deveriam fornecer resultados de diagnóstico precisos. Eles então testaram essa combinação no modelo de camundongo e descobriram que ela poderia detectar com precisão tumores pulmonares em estágio inicial.

Para uso em humanos, é possível que sejam necessários mais sensores para fazer um diagnóstico preciso, mas isso poderia ser conseguido usando múltiplas tiras de papel, cada uma das quais detecta quatro códigos de barras de DNA diferentes, dizem os pesquisadores.

Os pesquisadores agora planejam analisar amostras de biópsias humanas para ver se os painéis de sensores que estão usando também funcionariam para detectar cânceres humanos. A longo prazo, esperam realizar ensaios clínicos em pacientes humanos. Uma empresa chamada Sunbird Bio já realizou testes de Fase I em um sensor semelhante desenvolvido pelo laboratório de Bhatia, para uso no diagnóstico de câncer de fígado e uma forma de hepatite conhecida como esteatohepatite não alcoólica (NASH).

Em partes do mundo onde o acesso à tomografia computadorizada é limitado, esta tecnologia poderá oferecer uma melhoria dramática no rastreio do cancro do pulmão, especialmente porque os resultados podem ser obtidos durante uma única visita.

“A ideia seria que você chegasse e recebesse uma resposta sobre se precisa ou não de um teste de acompanhamento, e poderíamos colocar pacientes com lesões precoces no sistema para que pudessem fazer uma cirurgia curativa ou medicamentos que salvam vidas”, Bhatia diz.

Mais informações: Qian Zhong et al, Plataforma de diagnóstico urinário inalável no local de atendimento, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj9591. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj9591
Informações do diário: Avanços da ciência

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.