Sistema que usa levitação magnética permite detecção precoce de vírus transmitidos pelo ar
O novo sistema desenvolvido por pesquisadores da Michigan State University e da University of British Columbia iria primeiro coletar amostras de ar em um ambiente como um consultório médico ou aeroporto. Essa amostra de ar seria então injetada em um fluido, o que permite que os vírus sejam separados de outras partículas da amostra por meio de levitação magnética. Depois que os vírus são isolados e purificados, eles podem ser passados para análises downstream padrão, como PCR – reação em cadeia da polimerase – para identificar os patógenos. Crédito:"Sistema de levitação magnética isola e purifica vírus transportados pelo ar." ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c01677 Pesquisadores da Michigan State University e da University of British Columbia inventaram um sistema que pode detectar vírus transportados pelo ar de forma rápida e barata, usando a mesma tecnologia que permite trens de alta velocidade.
A equipe mostrou que uma técnica conhecida como levitação magnética pode ser usada para coletar e concentrar facilmente vírus do ar para ajudar a prevenir futuros surtos de doenças respiratórias. Os pesquisadores publicaram seu trabalho na revista ACS Nano .
“É muito importante ter gerenciamento e previsões em tempo real para vírus”, disse Morteza Mahmoudi, professor associado do Departamento de Radiologia e do Programa de Saúde de Precisão da MSU. “O que desenvolvemos é um sistema que pode ajudar a nós e a outras partes interessadas a obter mais informações sobre os diferentes tipos de vírus no ar que respiramos”.
“Isso poderia ajudar a identificar que um ambiente está contaminado antes que uma pandemia aconteça”, disse Sepideh Pakpour, professor assistente de engenharia que liderou a equipe de pesquisa no Campus Okanagan da UBC.
Além de servir como um sistema de alerta precoce, a nova técnica da equipa também poderá ajudar as autoridades de saúde e os epidemiologistas a monitorizar e rastrear melhor a exposição a vírus em locais públicos.
Pakpour e Mahmoudi iniciaram este projeto aplicando levitação magnética, ou maglev, a vírus respiratórios em 2018 com o apoio da Fundação Walsh e do New Frontiers in Research Fund. Quase metade das infecções do trato respiratório inferior são causadas por vírus que as pessoas respiram em ambientes fechados, escreveram os pesquisadores em seu relatório.
Mas quando a pandemia do coronavírus começou e quando souberam que era causada por um vírus transmitido pelo ar, sabiam que tinham de redobrar os seus esforços. A equipe usou uma versão desativada do coronavírus responsável pela COVID-19 em seu relatório de prova de conceito, juntamente com a gripe H1N1 e um vírus que infecta bactérias conhecidas como bacteriófago MS2.
O sistema primeiro coleta amostras de ar e depois injeta a amostra em um fluido onde o maglev separa os vírus de outras partículas. O conteúdo viral isolado e purificado é então repassado para outras técnicas analíticas padrão para identificação em questão de minutos. A abordagem é tão simples que poderia ser usada por não especialistas em diversos ambientes, como clínicas e aeroportos, disseram os pesquisadores.
A equipe está dando os primeiros passos para comercializar sua tecnologia e, ao mesmo tempo, trabalhando para melhorá-la.
Embora as técnicas downstream possam identificar quais vírus estão em uma amostra, um dos objetivos futuros da equipe é refinar a etapa maglev para distinguir entre os diferentes vírus por si só. Os pesquisadores também estão trabalhando para aumentar a sensibilidade da sua técnica e detectar vírus no ar em concentrações mais baixas.
Ainda assim, a equipa está entusiasmada com o que foi capaz de realizar no seu trabalho inicial e com o que pode permitir que outros investigadores façam.
“Usar maglev para detecção de doenças e purificação de vírus é totalmente novo e pode abrir aplicações em muitos campos diferentes”, disse Mahmoudi. "Isso abre uma direção fundamentalmente nova na bioquímica analítica."
Um voo de teste bem-sucedido para levitação de vírus
A levitação magnética, como o próprio nome sugere, usa ímãs para neutralizar a atração descendente da gravidade. Os trens Maglev flutuam acima de seus trilhos e, livres desse atrito de contato, podem atingir velocidades superiores a 320 quilômetros por hora. Embora os trens maglev já existam há décadas, o uso da levitação magnética na biologia é mais recente.
Por exemplo, foi apenas na última década que os investigadores de Stanford demonstraram que as células vivas podiam ser levitadas magneticamente em misturas ou soluções líquidas. Eles então usaram a técnica para mostrar que vários tipos de células – leveduras, bactérias, células humanas saudáveis e células cancerígenas – poderiam ser separados por sua densidade.
Mais recentemente, Pakpour e Mahmoudi colaboraram para mostrar que o maglev pode ser aplicado a proteínas no plasma sanguíneo para procurar indicadores de uso de opiáceos e esclerose múltipla. Isso os convenceu de que o maglev também deveria funcionar com vírus.
“Se você observar a estrutura dos vírus, verá que eles são principalmente proteínas, e sabíamos que poderíamos levitar proteínas”, disse Pakpour. "Então eu sabia que isso deveria funcionar, mas ainda fiquei surpreso quando funcionou."
“Foi muito desafiador, especialmente no início”, disse Mahmoudi. “O maglev convencional não é capaz de coletar vírus submicrométricos, mas fizemos diversas modificações e conseguimos ajustar o sistema”.
Um dos desafios, por exemplo, era que os líquidos utilizados no maglev convencional podiam danificar ou destruir vírus. A equipe teve que encontrar novas soluções que tivessem propriedades magnéticas desejáveis e fossem compatíveis com seus alvos.
Mais informações: Sepideh Pakpour et al, Sistema de levitação magnética isola e purifica vírus transportados pelo ar, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c01677 Informações do diário: ACS Nano
