Novo método combina nanobolas de DNA e eletrônica para permitir a detecção simples de patógenos
Chip microfluídico para detecção baseada em impedância de nanobolas de DNA. (A) Uma fotografia do wafer de sílica fundida de 3 polegadas com seis dispositivos microfluídicos. (B) Imagem microscópica do canal com os eletrodos de ouro integrados. (C a E) Princípio de detecção de nanobolas de DNA. A passagem de uma nanobola de DNA através dos eletrodos de ouro integrados produz uma assinatura de pico na resposta de impedância do sistema. Esta resposta de impedância é registrada como uma única nanobola de DNA. Crédito:Avanços da Ciência (2023). DOI:10.1126/sciadv.adi4997 Pesquisadores do Instituto Karolinska desenvolveram um novo método usando nanobolas de DNA para detectar patógenos, com o objetivo de simplificar os testes de ácido nucleico e revolucionar a detecção de patógenos. Os resultados do estudo, publicados em Science Advances , poderia abrir caminho para um teste eletrônico simples, capaz de identificar vários ácidos nucleicos em diversos cenários de forma rápida e barata.
O investigador principal Vicent Pelechano, professor associado do Departamento de Microbiologia, Tumores e Biologia Celular do Instituto Karolinska, está cautelosamente otimista sobre o potencial da tecnologia para detectar uma série de agentes patogênicos em ambientes do mundo real.
“A metodologia envolve combinar Biologia Molecular (geração de nanobolas de DNA) e eletrônica (quantificação baseada em impedância elétrica) para produzir uma ferramenta de detecção pioneira”, diz Vicent Pelechano.
Os pesquisadores modificaram uma reação isotérmica de amplificação de DNA denominada LAMP para gerar minúsculas nanobolas de DNA de 1-2μM se o patógeno estivesse presente na amostra. Essas nanobolas são então direcionadas através de canais minúsculos e identificadas eletricamente à medida que passam entre dois eletrodos. O método demonstrou notável sensibilidade detectando apenas 10 moléculas alvo e resultados rápidos em menos de uma hora, usando um sistema compacto e imóvel.
“A detecção rápida e precisa de material genético é fundamental para o diagnóstico, especialmente em resposta ao surgimento de novos patógenos”, diz Vicent Pelechano.
Durante a recente pandemia de COVID-19, os investigadores observaram uma utilização extensiva de diagnósticos baseados em proteínas para testes rápidos. No entanto, estes métodos requerem desenvolvimento demorado de anticorpos de alta qualidade. Em contraste, as abordagens baseadas em ácidos nucleicos oferecem maior facilidade de desenvolvimento, maior sensibilidade e flexibilidade inerente, de acordo com os investigadores. (A) Formação de nanoball de DNA usando seis oligos LAMP específicos do alvo e dois oligos de compactação. (B) Imagem de fluorescência de nanobolas de DNA. Barra de escala, 10 μm. (C) Imagem fluorescente de 1 μM MyOne Dynabeads como referência de tamanho. Barra de escala, 10 μm. (D) Fluxo passivo de nanobolas de DNA em um chip microfluídico feito de PDMS em um substrato de vidro integrado com eletrodos de ouro. A passagem das nanobolas de DNA através dos eletrodos de ouro obstrui o caminho da corrente e perturba o campo elétrico formado entre os eletrodos de ouro. (E) Um esquema que ilustra o sistema de leitura eletrônica usado para o chip microfluídico com eletrodos de ouro integrados. Crédito:Avanços da Ciência (2023). DOI:10.1126/sciadv.adi4997 Este novo método, que oferece detecção sem rótulo, poderia acelerar o lançamento de novos kits de diagnóstico. Integrando produtos eletrônicos acessíveis produzidos em massa com reagentes liofilizados, a tecnologia possui o potencial de fornecer um dispositivo no local de atendimento barato, amplamente implantado e escalável.
A equipe iniciou este trabalho como uma extensão de seus esforços anteriores na detecção de SARS-CoV-2 baseada em LAMP (amplificação isotérmica mediada por loop) durante a pandemia.
Atualmente, a equipe de pesquisa está explorando ativamente caminhos para integrar esta tecnologia em domínios como monitoramento ambiental, segurança alimentar, detecção de vírus e resistência antimicrobiana. A equipe também está explorando caminhos para licenciar ou potencialmente estabelecer uma startup para capitalizar esta tecnologia, tendo recentemente solicitado uma patente para a tecnologia.
Mais informações: Muhammad Tayyab et al, Ensaio digital para quantificação eletrônica rápida de patógenos clínicos usando nanobolas de DNA, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adi4997 Informações do diário: Avanços da ciência
