Desenvolvimento de medicamentos - com dezenas de milhares de gotículas minúsculas numa pequena placa de vidro
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Uma placa de vidro, um tubo delicado e um banho de óleo são tudo o que é necessário: graças a um novo método, os investigadores da ETH Zurich podem produzir dezenas de milhares de gotículas minúsculas em poucos minutos. Isto permite-lhes testar enzimas e ingredientes activos de forma mais rápida, mais precisa e mais eficiente em termos de recursos do que anteriormente.
O que acontece quando uma enzima encontra um potencial ingrediente ativo que é suposto inibir ou ativar a enzima? É precisamente disto que se trata o desenvolvimento de medicamentos. No entanto, a análise da interação de uma enzima com uma molécula de ingrediente ativo é extremamente complexa. O grupo liderado por Petra Dittrich, Professora de Bioanalítica na ETH Zurich, desenvolveu um método que simplifica radicalmente esses testes: o seu método permite produzir até 100 000 gotículas minúsculas contendo enzimas e substratos numa placa de vidro - em apenas 40 minutos e sem envolver uma pipeta.
Até à data, a maioria dos investigadores tem utilizado placas de microtitulação para este tipo de análises, que são placas de plástico normalizadas do tamanho de uma mão, com cerca de 1500 pequenos poços. Cada um destes recessos é essencialmente um mini tubo de ensaio que é preenchido com pipetas. O novo método desenvolvido pelos investigadores do ETH é muito mais eficiente, mais económico e mais flexível.
Gotas que aterram com grande precisão
No centro do método está uma placa de vidro revestida que tem aproximadamente o tamanho de uma lâmina de microscópio, medindo cerca de dois por sete centímetros. A sua superfície está coberta por uma camada repelente de água que foi exposta em cerca de 100 000 pontos: minúsculos locais de aterragem de gotículas que gostam de água (hidrofílicos). A solução de teste é introduzida na placa de vidro através de um tubo delicado, que se move sob um controlo preciso. Assim que o líquido atinge um ponto hidrofílico, uma minúscula gota separa-se e adere precisamente nesse ponto. As gotas são minúsculas: dependendo do tamanho da placa de vidro, o seu diâmetro varia entre 50 e 250 micrómetros - mais finas do que um cabelo humano e pouco visíveis a olho nu.
Para manter as gotículas estáveis, toda a placa de vidro é submersa num banho de óleo pouco profundo. O óleo evita que as pequenas quantidades de líquido se evaporem, mesmo durante as experiências que duram um dia inteiro, e protege contra a contaminação. Após a experiência, o óleo pode mesmo ser recolhido, limpo e reutilizado.
Todo o processo de produção de gotículas é automatizado através de um dispositivo compacto do tamanho de um microscópio que também pode efetuar microscopia, cultivar células e mudar automaticamente as amostras. "Costumava demorar meia hora a preparar tudo corretamente", conta Breitfeld. "Hoje, graças à nossa automatização, basta carregar num botão e a experiência está pronta a funcionar", diz Maximilian Breitfeld, cientista do grupo de investigação de Dittrich. Além disso, a combinação de controlo preciso e proteção física do óleo permite variar a composição das gotículas de forma orientada - ora com mais, ora com menos ingrediente ativo, resultando em finos gradientes de concentração. Os investigadores podem utilizar isto para observar as enzimas durante um período de tempo mais longo, por exemplo, ou para investigar o efeito dos ingredientes activos nas células em testes altamente paralelos. As gotículas são depois analisadas por microscopia de fluorescência ou espetrometria de massa, permitindo que as reacções enzimáticas sejam seguidas com precisão.
Quando as horas se tornam minutos
A ideia básica deriva de um trabalho anterior realizado pelo grupo, no qual já tinham gerado gotículas para aplicações de rastreio. "Sabíamos como a tecnologia funcionava em princípio, mas era demasiado lenta para ser competitiva na prática", diz Dittrich. Os antigos estudantes de doutoramento Maximilian Breitfeld e Claudius Dietsche deram os passos decisivos: o seu processo recém-desenvolvido não só acelera enormemente a geração de gotas, como também automatiza todo o processo.
A ETH Zurich patenteou o processo e nomeou-o finalista do Prémio Spark deste ano.
Gerir uma enorme quantidade de dados
O enorme potencial do método implica também um novo desafio. "Geramos uma enorme quantidade de dados", diz Dittrich. "Já não é possível avaliá-los manualmente - precisamos de soluções de software que nos ajudem a analisar a informação de uma forma significativa."
Embora a quantidade de dados esteja a aumentar rapidamente, o consumo de recursos continua a ser surpreendentemente baixo: podem ser poupados até cinco quilogramas de plástico não reciclável por experiência, o óleo utilizado pode ser recolhido, enquanto o consumo de produtos químicos é drasticamente reduzido em comparação com os métodos convencionais, uma vez que uma série experimental inteira requer apenas microlitros em vez de litros de meio de reação.
No entanto, o método tem limitações claras. Enquanto as minúsculas gotículas são perfeitas para reacções rápidas em pequenos volumes, como é comum na microfluídica, o novo método não é adequado para grandes volumes de líquido ou culturas de tecidos que crescem durante várias semanas.
Da investigação ao spin-off
Os investigadores estão agora a planear um spin-off para lançar o método no mercado. Planeiam vender um sistema completo composto por placas de vidro, equipamento e software - e testes biológicos baseados no mesmo como opção.
"Para mim, é crucial que o sistema seja verdadeiramente fiável e fácil de utilizar", afirma Dietsche. "Só pode ser utilizado para além do nosso laboratório de investigação se pudermos garantir a sua facilidade de utilização." A procura já é evidente, referem os investigadores, e a nomeação para o Prémio Spark está a dar-lhes um impulso adicional para o spin-off planeado.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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