O hormônio sexual comumente conhecido como estrogênio desempenha um papel importante em vários aspectos da saúde e fertilidade da mulher. Altos níveis de estrogênio no corpo estão associados ao câncer de mama e de ovário, enquanto baixos níveis de estradiol podem resultar em osteoporose, doenças cardíacas e até depressão. (O estrogênio é uma classe de hormônios que inclui o estradiol como a forma mais potente). O estradiol também é necessário para o desenvolvimento de características sexuais secundárias nas mulheres e regula o ciclo reprodutivo.



Devido às suas muitas funções, o hormônio estradiol é frequentemente monitorado especificamente por médicos como parte dos cuidados de saúde da mulher, mas isso geralmente exige que a paciente visite uma clínica para fazer uma coleta de sangue para análise em laboratório. Mesmo os kits de teste caseiros exigem que amostras de sangue ou urina sejam enviadas para um laboratório.

Mas agora os investigadores da Caltech desenvolveram um sensor vestível que monitoriza o estradiol, detectando a sua presença no suor. Os pesquisadores dizem que o sensor poderá um dia tornar mais fácil para as mulheres monitorarem seus níveis de estradiol em casa e em tempo real.

O artigo que descreve a pesquisa, "Um nanobiossensor de aptâmero vestível para monitoramento hormonal feminino não invasivo", aparece na edição de 28 de setembro da Nature Nanotechnology. .

A pesquisa foi conduzida no laboratório de Wei Gao, professor assistente de engenharia médica, investigador do Heritage Medical Research Institute e Ronald e JoAnne Willens Scholar. Nos últimos anos, Gao desenvolveu sensores de suor que detectam o cortisol, um hormônio associado ao estresse; a presença do vírus COVID-19; um biomarcador que indica inflamação no corpo; e uma série de outros nutrientes e compostos biológicos.

Gao diz que o desenvolvimento do sensor de estradiol foi estimulado em parte por pedidos de pessoas que estavam insatisfeitas com as opções que tinham para monitorizar os seus níveis de estrogénio e que tinham visto o seu trabalho anterior.

“As pessoas muitas vezes me perguntam se eu poderia fazer o mesmo tipo de sensor de suor para os hormônios femininos, porque sabemos o quanto esses hormônios impactam a saúde das mulheres”, diz Gao.

Uma população de mulheres que beneficiaria da monitorização do estradiol são aquelas que estão a tentar conceber um filho, quer naturalmente quer através de fertilização in vitro. O sucesso de qualquer um dos métodos depende do momento certo em relação à ovulação, mas nem todas as mulheres têm um ciclo reprodutivo que segue um cronograma regular. Algumas mulheres conseguiram monitorar a ovulação monitorando a temperatura corporal, mas Gao diz que esse método tem utilidade limitada porque não é muito preciso e a temperatura corporal não aumenta até o início da ovulação.

“Mas o estrogênio aumenta antes da ovulação”, diz ele. "Com este sensor de suor, seríamos capazes de avisar as pessoas com antecedência."

Outros indivíduos que poderiam se beneficiar de um sensor de estrogênio vestível são aqueles submetidos à terapia de reposição hormonal (TRH) porque seus corpos não produzem estradiol suficiente. Nestes pacientes, os níveis de estradiol precisam ser monitorados cuidadosamente para garantir que estejam tomando a dosagem correta.

O sensor desenvolvido pela equipe de Gao é semelhante em muitos aspectos aos vários sensores desenvolvidos pelo grupo no passado. É construído sobre uma membrana plástica flexível; possui pequenas passagens gravadas (microfluídicas) para canalizar pequenas quantidades de suor para o sensor; e nanopartículas de ouro impressas a jato de tinta e filmes de carboneto de titânio (conhecidos como MXenes) que dão ao sensor uma grande área de superfície e condutividade elétrica para aumentar sua sensibilidade.

O principal desafio, e o que ditou mudanças no design do sensor desta vez, é que o estradiol, que já está presente em níveis bastante baixos no sangue, está cerca de 50 vezes menos concentrado no suor.

“Como é uma concentração tão baixa, é muito difícil detectar o estradiol automaticamente no suor”, diz Gao.

Para o novo sensor, a equipe de pesquisa utilizou DNA curto de fita simples, conhecido como aptâmeros. Os aptâmeros funcionam como anticorpos artificiais e são projetados para se ligarem especificamente a uma molécula alvo. Os aptâmeros são fixados a uma superfície modificada com nanopartículas de ouro e se ligam a moléculas de DNA de fita simples marcadas com uma molécula que pode doar ou aceitar elétrons diretamente sob certas condições.

Quando um aptâmero se liga a uma molécula de estradiol, ele libera a molécula redox. Essa molécula é recapturada por um eletrodo próximo feito de nanopartículas de ouro revestidas com MXene, gerando um sinal elétrico que se correlaciona com o nível de estradiol. Esse hardware então transmite sem fio os dados coletados para um aplicativo que roda em um smartphone, fornecendo uma interface simples para o usuário.

Outra inovação neste dispositivo foi o design da microfluídica que coleta o suor e o canaliza para o sensor. Pequenas válvulas automáticas incorporadas na microfluídica permitem que apenas uma pequena quantidade fixa de suor entre no sensor e evitam a entrada de suor adicional. O design permite uma análise estável do estradiol sem que o suor adicional atrapalhe o processo. Além disso, para levar em conta a diferença na composição do suor, o dispositivo também coleta informações sobre o pH do suor, os níveis de sal no suor e a temperatura da pele, e as utiliza para calibração em tempo real.

Testes em laboratório mostraram que o sensor pode rastrear de forma confiável e precisa as alterações nos níveis de estradiol no suor ao longo do ciclo reprodutivo, desde o nível mais baixo durante a menstruação até o nível mais alto (10 vezes maior) durante a ovulação.

Gao diz que planeia continuar a trabalhar nesta tecnologia para permitir monitorizar outras hormonas femininas, como a hormona luteinizante ou a progesterona, ambas envolvidas na ovulação. Ele também espera miniaturizar todos esses sensores para que caibam dentro de um pequeno dispositivo vestível, como um anel discreto que pode ser usado no dedo.

Os coautores do estudo incluem pesquisadores de pós-doutorado em engenharia médica Cui Ye, Minqiang Wang e Juliane R. Sempionatto; estudantes de graduação em engenharia médica Jihong Min, Heather Lukas, Jiahong Li e Changhao Xu; e Roland Yingjie Tay, ex-Caltech e agora na Universidade Tecnológica de Nanyang de Cingapura.

Mais informações: Cui Ye et al, Um nanobiosensor de aptâmero vestível para monitoramento hormonal feminino não invasivo, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01513-0
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia