Da COVID ao cancro, um novo teste caseiro detecta doenças com uma precisão surpreendente
Uma nova tecnologia utiliza o "efeito anel de café", associado à plasmónica e à IA, para diagnósticos rápidos
Tem dores de garganta e resfriados? O recente aumento dos testes rápidos em casa tornou mais fácil descobrir se tem uma doença grave como a Covid-19 ou apenas um toque de alergias primaveris. No entanto, embora sejam rápidos e práticos, estes testes caseiros são menos sensíveis do que os disponíveis no consultório médico, o que significa que pode ter um resultado negativo mesmo que esteja infetado. Uma solução poderá surgir sob a forma de uma nova tecnologia de bio-sensores de baixo custo que poderá tornar os testes rápidos em casa até 100 vezes mais sensíveis a vírus como o COVID-19. O diagnóstico poderá alargar o rastreio rápido a outras doenças potencialmente fatais, como o cancro da próstata e a sépsis. Criado por investigadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, o teste combina um processo de evaporação natural chamado "efeito de anel de café" com plasmónica e IA para detetar biomarcadores de doenças com uma precisão notável em apenas alguns minutos.
À medida que uma gota de líquido se evapora, quaisquer partículas suspensas no líquido migram naturalmente para a borda da gota, deixando para trás um padrão de "anel de café" quando o líquido seca completamente. Os engenheiros da UC Berkeley utilizaram este fenómeno natural para aumentar a sensibilidade dos testes de diagnóstico, pré-concentrando os biomarcadores de doenças num padrão em anel. Esta ilustração mostra um anel de biomarcadores de doenças, a roxo, a interagir com uma gota de líquido que contém nanopartículas plasmónicas. Estas nanopartículas plasmónicas ligam-se aos biomarcadores de doenças e geram padrões de luz que podem ser detectados através de uma aplicação para smartphone alimentada por IA.
Megan Teng/UC Berkeley
"Esta técnica simples mas eficaz pode oferecer resultados altamente precisos numa fração de tempo em comparação com os métodos de diagnóstico tradicionais", afirmou Kamyar Behrouzi, que concluiu recentemente um doutoramento em sistemas micro-electromecânicos e nanoengenharia na Universidade da Califórnia em Berkeley. "O nosso trabalho abre caminho a diagnósticos mais económicos e acessíveis, especialmente em locais com poucos recursos". A tecnologia foi desenvolvida com o apoio de financiamento inicial do CITRIS e do Instituto Banatao da Universidade da Califórnia em Berkeley e é descrita num estudo recente publicado na revista Nature Communications.
Combinação de anéis de café e nanopartículas
Se olharmos atentamente para uma nódoa de café ou de vinho, podemos observar que o contorno da nódoa é muito mais escuro do que o seu interior. Isto deve-se a um fenómeno físico chamado efeito de anel de café: Quando uma gota de líquido se evapora, gera um fluxo que empurra as partículas em suspensão para a borda da gota. Se as partículas forem pigmentadas, como acontece no café e no vinho, a mancha resultante será mais escura à volta da borda do que no centro.
Em 2020, Behrouzi estava a desenvolver um biossensor para detetar a COVID-19 quando reparou que as gotículas da sua solução experimental deixavam manchas em forma de anel à medida que secavam. Apercebeu-se de que este efeito de anel de café poderia ser utilizado para concentrar facilmente as partículas do vírus da COVID-19, tornando-as potencialmente mais fáceis de detetar. "Descobrimos que podíamos usar este efeito de anel de café para construir algo ainda melhor do que aquilo que inicialmente nos propusemos criar", disse Behrouzi.
A tecnologia de teste rápido utiliza partículas minúsculas chamadas nanopartículas plasmónicas que interagem com a luz de formas únicas. Para realizar o teste, o utilizador começa por adicionar uma gota de líquido contendo proteínas relevantes para a doença - por exemplo, de uma zaragatoa nasal ou da bochecha - a uma membrana. À medida que a gota seca, concentra quaisquer biomarcadores de doença no anel de café. O utilizador adiciona então uma segunda gota contendo nanopartículas plasmónicas que foram concebidas para aderir aos biomarcadores de doenças. Se os biomarcadores estiverem presentes, as nanopartículas agregar-se-ão em determinados padrões que alteram a forma como a luz interage com a membrana. Esta alteração pode ser detectada a olho nu ou através de uma aplicação para smartphone alimentada por IA. A tecnologia dá resultados em menos de 12 minutos e é 100 vezes mais sensível na deteção da COVID-19 do que os testes equivalentes.
"Uma das principais proteínas que podemos detetar com este método é um biomarcador de sepse, uma resposta inflamatória com risco de vida a uma infeção bacteriana que pode se desenvolver rapidamente em pessoas com mais de 50 anos ", disse o autor sênior do estudo Liwei Lin, um distinto professor de Engenharia Mecânica da UC Berkeley. "Cada hora é crítica, mas a cultura de bactérias para determinar a origem da infeção pode demorar alguns dias. A nossa técnica poderia ajudar os médicos a detetar a sépsis em 10 a 15 minutos".
Os investigadores criaram um protótipo de um kit de teste doméstico, semelhante aos kits de teste COVID em casa, que inclui componentes impressos em 3D para ajudar a orientar a colocação da amostra e das gotículas plasmónicas.
"Durante a pandemia de COVID-19, confiámos nos testes caseiros para saber se estávamos infectados ou não", afirmou Lin. "Espero que a nossa tecnologia torne mais fácil e mais acessível para as pessoas rastrearem regularmente doenças como o cancro da próstata sem sair de casa."
Os co-autores adicionais do estudo incluem Zahra Khodabakhshi Fard, Chun-Ming Chen, Peisheng He e Megan Teng da UC Berkeley.
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