Transístor de plástico amplifica sinais bioquímicos emitidos pelo corpo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/06/2023

Esquema do sensor/amplificador criado pela equipe.
[Imagem: Xudong Ji et al. - 10.1038/s41467-023-37402-2]

Exame sem coletar amostras

Quando nosso corpo sente que algo importante está ocorrendo - que ele está ficando doente, por exemplo - moléculas especializadas na vigilância desses eventos emitem sinais bioquímicos apropriados.

Algumas dessas moléculas fornecem uma impressão digital bioquímica que pode indicar como uma ferida está cicatrizando, se um tratamento contra o câncer está funcionando ou se um vírus invadiu o corpo.

Se pudermos detectar esses sinais em tempo real com alta sensibilidade, poderemos reconhecer problemas de saúde mais rapidamente e até mesmo monitorar a doença à medida que ela progride ou reage aos medicamentos.

O problema é que esses sinais químicos e elétricos do corpo são incrivelmente fracos, o que os torna difíceis de detectar e analisar. É por isso que os exames médicos hoje exigem que você colete amostras, seja de sangue, urina ou suor, ou mesmo retire um pedaço de tecido para fazer uma biópsia.

A solução pode ser um novo transístor biocompatível, feito a partir da eletrônica orgânica, que consegue amplificar esses sinais em mais de 1.000 vezes.

Ao permitir a amplificação de sinais bioquímicos fracos, esta nova tecnologia abre caminho para o diagnóstico médico em tempo real e o monitoramento de doenças sem exigir a coleta de amostras.

Cadeias únicas de DNA modificado, chamadas aptâmeros, ligam-se a um alvo e depois se dobram para acionar um sinal eletroquímico.
[Imagem: Jonathan Rivnay/Northwestern University]

Amplificação sinais biológicos

A técnica se baseia nos aptâmeros, pequenos fragmentos sintéticos de DNA ou RNA projetados artificialmente para se ligar especificamente a uma molécula, célula ou microrganismo.

Depois de se ligarem ao alvo de interesse, os aptâmeros funcionam como um interruptor eletrônico, dobrando-se em uma nova estrutura que aciona um sinal eletroquímico. Mas apenas com aptâmeros os sinais geralmente são fracos e altamente suscetíveis a ruído e distorção, caso se não sejam medidos em condições ideais e bem controladas - isso é bom para o laboratório, mas não para uso prático.

Para contornar esse problema, pesquisadores pegaram um transístor, um componente que pode funcionar como um amplificador, e o conectaram a um sensor baseado em aptâmero, criando um sensor eletroquímico que detecta e amplifica o fraco sinal bioquímico. Um eletrodo de referência de filme fino foi incorporado à estrutura para tornar os sinais amplificados mais estáveis e confiáveis.

"Nós combinamos o poder do transístor para amplificação local com a referência que você obtém de métodos eletroquímicos bem estabelecidos," disse Xudong Ji, da Universidade Northwestern, nos EUA. "É o melhor dos dois mundos porque conseguimos medir de forma estável a ligação do aptâmero e amplificá-la no local".

Amplo uso médico

Para testar a tecnologia, a equipe monitorou com sucesso as citocinas em um ferimento - citocinas são um tipo de proteína de sinalização que regula a resposta imunológica e está envolvida na reparação e na regeneração de tecidos. Mas a tecnologia é aplicável a sinais de qualquer molécula ou produto químico, incluindo anticorpos, hormônios ou medicamentos.

"Essa abordagem é amplamente aplicável e não tem um caso específico de uso. A grande visão é implementar nosso conceito em biossensores implantáveis ou dispositivos vestíveis que possam detectar um problema e, em seguida, responder a ele," disse o professor Jonathan Rivnay.

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