Pesquisadores do SUTD desenvolveram um sistema avançado de detecção de células de câncer de mama com maior velocidade e sensibilidade, usando um mecanismo viral para aumentar a precisão da detecção da ferramenta.



Na luta global contra o cancro da mama, o poder das ferramentas de diagnóstico pode significar a diferença entre a vida e a morte. As taxas de sobrevivência da doença melhoram muito quando o câncer é detectado precocemente, enquanto a detecção pós-tratamento é fundamental para verificar a eficácia do tratamento.

Os biomarcadores são importantes no arsenal da pesquisa do câncer, pois facilitam a detecção precoce e podem ajudar a indicar células malignas pós-tratamento para determinar se ainda há algum vestígio de câncer. Atingir a sensibilidade aguda é, portanto, crucial. No entanto, a quantidade relativa de células cancerígenas em casos em fase inicial ou pós-tratamento é muitas vezes minúscula, tornando a sua detecção um desafio.

O professor associado Desmond Loke, da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), propôs uma nova solução para este problema em um artigo recente, "Modelar processos de complementaridade para sensores de células cancerígenas MCF-7 sensíveis a rajada ultracurta M13 – PEG – WS2, " publicado em Nanoescala .

“A maioria dos pacientes não apresenta sintomas nas fases iniciais e as técnicas de diagnóstico existentes, que podem ser imprecisas, dispendiosas e demoradas, envolvem exames de imagem”, explicou Loke, principal investigador do projeto. “O objetivo da pesquisa era criar uma plataforma que pudesse identificar e tratar o câncer de mama em pacientes antes que apresentassem sintomas graves”.

Para desenvolver um sistema de detecção de células com a maior sensibilidade possível, Loke liderou uma equipe de pesquisa – composta por colegas de trabalho do SUTD e colaboradores da University College London e A*STAR – que usou ferramentas na menor escala imaginável e trabalhou com nanomateriais. A tecnologia atual para detecção de células cancerígenas é um sensor biomolecular digital (DBS).

O mecanismo funciona da seguinte forma:um elemento de reconhecimento químico identifica essas moléculas e converte sua interação em um sinal digital que pode ser facilmente medido e analisado. Esta tecnologia é semelhante a uma ferramenta de detecção altamente especializada a nível molecular, com a capacidade de identificar alvos biológicos específicos, tais como proteínas de células cancerígenas, e traduzir essa informação em sinais eléctricos que os investigadores podem utilizar para investigação diagnóstica ou monitorização.

Este sistema, no entanto, não é particularmente útil para populações com baixa contagem de células. A equipe de pesquisa levantou a hipótese de um sistema recém-projetado que produziria maior sensibilidade com aprimoramento de um nanomaterial altamente condutor com um filamento de fago viral que interage com células cancerígenas específicas.

O aprimoramento do sistema exigiu um novo nanomaterial 2D com condutividade elétrica suficiente para interagir fortemente com os tipos de células cancerígenas. Os pesquisadores optaram pelo dissulfeto de tungstênio por sua alta condutividade e uso em fototransistores e terapia fototérmica. Eles equiparam folhas de dissulfeto de tungstênio com um polímero combinado com fagos que atuou como um elemento de reconhecimento para os tipos de células de câncer de mama testados. A integração do agente viral, ou polímero combinado com fagos, no nanomaterial criou um novo sistema denominado DBS baseado em fagos (P-DBS).

"Para a tecnologia P-DBS, quando um vírus é adicionado à amostra de células de câncer de mama, as proteínas do vírus podem apresentar uma alta especificidade para montagem em células de câncer de mama. No entanto, é possível que a proteína do vírus exiba uma especificidade que é alto o suficiente para ser montado em células de câncer de mama para um número muito pequeno de células, resultando em uma precisão de detecção ultra-alta", disse Loke.

As células de câncer de mama foram estudadas para este projeto porque as proteínas virais se montam prontamente em sua superfície, permitindo uma ligação mais suave entre a plataforma do biossensor P-DBS e as células da amostra. Segundo Loke, esse efeito de complementaridade de formato permite “amostragens ultraprecisas, essenciais para a detecção precoce do câncer e o monitoramento da progressão da doença”.

Quatro critérios devem ser satisfeitos para considerar um biossensor altamente eficaz num contexto clínico. O biossensor deve (1) ser altamente sensível à presença de proteínas de células cancerígenas, (2) produzir contraste acentuado nos sinais de saída, (3) garantir alta viabilidade celular e (4) produzir resultados dentro do curto tempo de leitura comum em aplicações clínicas. .

O P-DBS verificou todas as caixas, com sensibilidade razoável. A nova técnica foi capaz de identificar a presença de células cancerígenas em amostras que eram aproximadamente 74% menores do que os tamanhos típicos de grupos de células de outros sensores elétricos de células cancerígenas. O P-DBS também superou outros sensores de câncer elétricos em termos de contraste de sinal em 58%.

Estes resultados impressionantes podem ser atribuídos à especificidade da proteína viral, que os investigadores demonstraram que se reuniria mesmo no menor número de células de cancro da mama e, portanto, indicaria a presença de cancro mesmo nas suas fases iniciais.

“A criação da plataforma de sensor de material 2D acionado por vírus pode representar um avanço significativo na batalha contra o câncer de mama. Se as descobertas forem confirmadas em estudos clínicos futuros, este sensor poderá se tornar uma ferramenta valiosa e precisa para identificar o câncer de mama em seus estágios iniciais. ", acrescentou Loke.

Através de mais pesquisas, ele espera confirmar que o sistema P-DBS é amplamente aplicável em diferentes tipos de células de câncer de mama. A plataforma inovadora de biossensores pode ser significativa para o diagnóstico e monitoramento precoce do câncer, demonstrando um caminho promissor no domínio dos sensores biomoleculares em nanoescala.

Mais informações: Maria P. Meivita et al, Processos de complementaridade de forma para sensores de células cancerígenas MCF-7 sensíveis a rajadas ultracurtas M13 – PEG – WS2, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR03573E
Informações do diário: Nanoescala

Fornecido pela Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura