Os pesquisadores da UMass Amherst ampliaram cem vezes os limites da engenharia biomédica com um novo método para detecção de DNA com sensibilidade sem precedentes.



“A detecção de DNA está no centro da bioengenharia”, diz Jinglei Ping, principal autor do artigo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences. .

Ping é professor assistente de engenharia mecânica e industrial, professor assistente adjunto de engenharia biomédica e afiliado ao Centro de Monitoramento Personalizado da Saúde do Instituto de Ciências Aplicadas à Vida. “Todo mundo quer detectar o DNA em baixa concentração com alta sensibilidade. E acabamos de desenvolver esse método para melhorar a sensibilidade em cerca de 100 vezes sem nenhum custo.”

Com os métodos tradicionais de detecção, diz ele, “o desafio é basicamente encontrar a agulha no palheiro”. Existem muitas moléculas presentes em uma amostra que não são o DNA alvo e podem interferir no resultado.

É aí que esse método é diferente. A amostra de teste é colocada dentro de um campo elétrico alternado. Então, “Deixamos o DNA dançar”, diz ele. “Quando as cadeias de DNA dançam, elas têm uma frequência de oscilação específica”. Os pesquisadores podem então ler as amostras para ver se há uma molécula se movendo de uma forma que corresponda ao movimento do DNA alvo e distingui-la facilmente de diferentes padrões de movimento. Isto funciona mesmo quando há uma concentração muito baixa do DNA alvo.

Este novo método tem enormes implicações para acelerar a detecção de doenças. Primeiro, por ser tão sensível, os diagnósticos podem acontecer em fases iniciais da progressão da doença, o que pode ter um grande impacto nos resultados de saúde.

Além disso, esse método leva minutos, não dias, semanas ou meses, porque é totalmente elétrico. “Isso o torna adequado para pontos de atendimento”, diz ele. “Normalmente, fornecemos amostras a um laboratório e eles podem fornecer os resultados de forma rápida ou lenta, dependendo da velocidade, e pode levar 24 horas ou mais”.

Por exemplo, ele cita como, com o diagnóstico, uma amostra de biópsia é congelada e depois enviada ao laboratório para processamento, o que pode levar até dois meses. Os resultados quase instantâneos com este novo método significam que o tratamento não precisa esperar pelos tempos de processamento do laboratório.

Outro benefício:é portátil. Ping descreve o dispositivo como sendo semelhante em tamanho a uma ferramenta de teste de açúcar no sangue, o que abre as portas para melhorias na saúde em escala global. "Pode ser usado em locais onde os recursos são limitados. Fui a um país e o médico geralmente vai a uma aldeia uma ou duas vezes por ano, e agora, talvez eles possam ter uma base que tenha esse tipo de ferramenta e eles vão tenha a chance de testá-lo de forma rápida e fácil."

Ping está entusiasmado com a amplitude de possíveis aplicações para esta descoberta, dizendo:"A abordagem nanomecanoelétrica também pode ser integrada com outras tecnologias de bioengenharia, como CRISPR, para elucidar vias de sinalização de ácidos nucleicos, compreender mecanismos de doenças, identificar novos alvos de medicamentos e criar estratégias de tratamento personalizadas, incluindo terapias direcionadas a microRNA”.

Xiaoyu Zhang, assistente de pesquisa de pós-graduação do Ping Lab, fará uma apresentação oral relevante para este estudo na reunião anual da Sociedade de Engenharia Biomédica em 13 de outubro de 2023 em Seattle, WA.

Mais informações: Xiaoyu Zhang et al, Abordagem nanomecanoelétrica para detecção de DNA altamente sensível e específica sem rótulo, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2306130120
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pela Universidade de Massachusetts Amherst