Enquanto a medicina corre para encontrar vacinas e remédios que combatam o Sars-Cov-2 e outros micro-organismos potencialmente letais, como bactérias super-resistentes, os laboratórios tecnológicos não ficam para trás. Trabalhando com circuitos elétricos, impressoras e sensores, cientistas estão desenvolvendo dispositivos capazes de identificar rapidamente e de forma barata medicamentos mais adequados a cada paciente, testes diagnósticos acessíveis por celular e ferramentas de isolamento de vírus e bactérias.
Embora todas as atenções estejam voltadas, agora, para a Covid-19, a resistência a antibióticos é considerada um problema gravíssimo pela Organização Mundial da Saúde (OMS). Todos os anos, milhares de pessoas morrem de infecções que não respondem aos medicamentos disponíveis, e um relatório da agência das Nações Unidas calcula que os óbitos por esse motivo cheguem a 10 milhões anuais até 2050.
Para tentar enfrentar esse problema, pesquisadores do Instituto de Química da Academia Polonesa de Ciências desenvolveram um dispositivo capaz de descobrir
qual a combinação de antibióticos que melhor funciona para um paciente, precisando de apenas seis a 12 horas. O equipamento também busca anticorpos em milhares de amostras de uma única vez. Segundo os cientistas responsáveis, trata-se de um equipamento barato, rápido e confiável, capaz de substituir os tradicionais testes de sensibilidade microbianas, oferecendo uma chance melhor de combater doenças causadas por esses patógenos.
Liderada pelo especialista em reatores de microfluidos Piotr Garstecki, a equipe descreveu o dispositivo em um artigo publicado na revista Micromachines. De acordo com os pesquisadores, o kit de teste de suscetibilidade bacteriana usa menos reagentes que o tradicional, precisa de quantidade menor de antibióticos e é tão
fácil de executar quanto o Etest, a fita plástica usada, hoje, para realizar esse diagnóstico. Os usuários também podem escolher como visualizarosresultados. Por exemplo, pelos indicadores de metabolismo das bactérias, usando corantes
fluorescentes ou por meio de alterações colorimétricas.
“Queríamos testar a suscetibilidade antimicrobiana da maneira mais simples possível, não apenas para um único agente”, explica Ladislav Derzsi, um dos autores do artigo e supervisor do projeto.“Para chegar a esse novo dispositivo, combinamos várias coisas que foram descobertas de forma independente. Por exemplo, usamos
técnicas padrões de litografia UV e macia — métodos muito comuns para fabricar dispositivos microfluídicos — e combinamos com impressão sem contato em uma
máquina projetada especialmente para nós”, detalha.
Ao juntar as metodologias, os cientistas conseguem posicionar com precisão pequenas gotas de qualquer tipo de líquido em micropoços, buraquinhos revestidos de antígenos onde se depositam líquidos para testar uma substância alvo. No caso da pesquisa polonesa, foram adicionadas soluções antibióticas de diferentes concentrações e em combinações diversas. Esses compostos foram impressos dentro dos micropoços de maneira semelhante ao que acontece com uma impressora. “Usamos técnicas semelhantes às de impressão por jato de tinta. Mas, em vez de tinta, usamos antibióticos e os injetamos não no papel, mas em um elastômero macio.
Deixamos secar lentamente, sob condições controladas. A água evapora e nos resta apenas uma quantidade muito pequena de antibiótico”, conta Derzsi.
Flexibilidade
Graças à força piezoelétrica — quando, em resposta a uma pressão mecânica, determinados cristais geram resposta elétrica —, foi possível obter quantidades
muito precisas das soluções: nanolitros, picolitros e mesmo fentolitros (a inimaginável medida de mil trilionésimo ou quadrilionésimo de 1 litro). “No total, estamos usando 1.024 poços em um chip.”
O usuário precisa apenas descompactar o dispositivo, injetar uma solução bacteriana com uma pipeta simples, disponível comercialmente, e, depois, adicionar uma pequena quantidade de óleo, que divide os poços e ajuda a evitar qualquer contaminação cruzada. Em seguida, a placa deve ser colocada na incubadora
e basta aguardar para ver qual é a combinação ideal de antibióticos e sua concentração. “Em outras palavras: onde as bactérias hesitam em crescer ou não
crescem?”, simplifica Derzsi.
Segundo os pesquisadores, uma grande vantagem do novo sistema de teste é a flexibilidade. Pode-se produzir placas estéreis sob demanda, com diferentes antibióticos em diversas combinações. “Usamos placas com seis antibióticos únicos em oito concentrações diferentes e, para aumentar a precisão, em oito repetições
cada. Também testamos combinações em pares desses seis antibióticos em várias repetições. É possível testar combinações de um número arbitrário de antibióticos, inibidores e adjuvantes diferentes em um micropoço”, conta o cientista.
De acordo com Derzsi, geralmente, os médicos não usam mais de dois antibióticos por vez para não sobrecarregar o organismo do paciente. “Com esse novo método, eles podem fazer o teste de forma personalizada. Mesmo com uma doença igual, cada pessoa tem uma resposta ligeiramente diferente ao tratamento, por causa da bioflora, da individualidade metabólica e de muitas outras coisas. Então, pode-se dizer que o novo dispositivo é um passo em direção a medicamentos mais personalizados. Mas pode ser muito útil não apenas para um paciente em particular, mas também para fins científicos, no sentido de encontrar novas combinações não óbvias de antibióticos que funcionam melhor do que as conhecidas.”
Embora o trabalho tenha sido realizado com bactérias e sua suscetibilidade a antibióticos, o método pode ser atualizado e, após testes adicionais, ser usado
para imprimir os primers e fazer o exame PCR digital, identificando genes ou anticorpos específicos para vírus. Segundo os pesquisadores, os métodos microfluídicos têm uma vantagem extra: ao procurar novos medicamentos, os cientistas geralmente têm uma quantidade muito limitada de uma substância potencialmente útil. Graças à impressão sem contato, eles podem testar
concentrações e combinações diferentes sem esgotar o substrato rapidamente.
Conectado a celular, teste detecta vírus
A maioria dos kits de testes virais se baseia em técnicas de preparação e análise de laboratório que demandam muito tempo e trabalho. Por exemplo, métodos diagnósticos para o novo coronavírus podem levar dias para detectar o coronavírus a partir de partículas nasais. Agora, pesquisadores desenvolveram um dispositivo
barato, embora sensível, baseado em smartphones, para detecção de patógenos virais e bacterianos que leva cerca de 30 minutos para ser concluído. O acessório para o celular, com custo de aproximadamente US$ 50, pode reduzir a pressão nos laboratórios de testes durante uma pandemia como a de Covid-19, dizem os cientistas.
Os resultados do estudo, liderado pelo professor de engenharia elétrica e de computadores Brian Cunningham e pelo professor de bioengenharia Rashid Bashir, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, foram relatados na revista Lab on a Chip.“Os desafios associados ao teste rápido de patógenos contribuem muito para
incerteza sobre quais indivíduos devem permanecer em quarentena, além de uma série de outras questões econômicas e de saúde”, diz Cunningham.
O estudo começou com o objetivo de detectar patógenos virais e bacterianos em cavalos, incluindo aqueles que causam doenças respiratórias graves semelhantes às
apresentadas na Covid-19.“Os patógenos que atingem cavalos podem levar a doenças devastadoras nas populações de animais, mas uma razão pela qual também trabalhamos com eles tem a ver com segurança. Esses micro-organismos são inofensivos para os seres humanos”, conta o pesquisador.
Acesso ao RNA
O novo dispositivo de testes é composto por um pequeno cartucho contendo reagentes e uma porta para inserir um extrato nasal ou amostra de sangue. A unidade inteira é conectada a um smartphone. Dentro do cartucho, os reagentes abrem a camada externa de um patógeno para obter acesso ao seu RNA. Uma molécula de primer, então, amplifica o material genético em muitos milhões de cópias em cerca de 10 ou 15 minutos. Um corante fluorescente mancha as cópias e brilha em verde quando iluminado pela luz azul do LED, que é, então, detectada pela câmera do smartphone.
“Esse teste pode ser realizado rapidamente em passageiros antes de embarcar em um voo, em pessoas que vão a um parque temático ou antes de eventos, como uma conferência ou concerto”, acredita Cunningham. “A computação em nuvem por meio
de um aplicativo para smartphone pode permitir que um resultado negativo seja registrado com os organizadores do evento ou no cartão de embarque de um voo.
Ou, então, uma pessoa em quarentena pode fazer testes diários, registrar os resultados com um médico e saber quando é seguro sair e se juntar à sociedade.”
Atualmente, existem algumas etapas preparatórias realizadas fora do dispositivo, e a equipe trabalha em um cartucho que possui todos os reagentes necessários para ser um sistema totalmente integrado. Outros pesquisadores da universidade estão usando o genoma coronavírus para criar um teste móvel para a Covid-19.
