Notícia

Novo biossensor pode detectar proteínas típicas de doenças neurodegenerativas

Fonte

EPFL | Escola Politécnica Federal de Lausanne

Data

terça-feira, 18 julho 2023 12:35

Áreas

Bioinformática. Biologia. Biomarcadores. Biomedicina. Biotecnologia. Física Médica. Fotônica. Inteligência Artificial. Microbiologia. Nanotecnologia. Neurociências. Proteômica. Psiquiatria. Saúde Pública.

Ao combinar várias tecnologias avançadas em um único sistema, pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, deram um passo significativo no diagnóstico de doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer.

Uma nova tecnologia de biossensor – o chamado sensor ImmunoSEIRA –  permite a detecção e identificação de biomarcadores de proteínas mal dobradas associadas às doenças neurodegenerativas. A pesquisa, publicada na revista Science Advances, também aproveita o poder da Inteligência Artificial (IA) ao empregar redes neurais para quantificar os estágios e a progressão da doença. Esse avanço tecnológico significativo é promissor não apenas para detecção precoce e monitoramento de doenças neurodegenerativas, mas também para avaliar opções de tratamento em vários estágios de progressão da doença.

Diagnóstico precoce e tratamento

O tratamento de doenças neurodegenerativas enfrenta um desafio significativo devido à falta de métodos diagnósticos eficazes para detecção precoce e monitoramento da progressão da doença. O dobramento incorreto de proteínas, um mecanismo comum na neurodegeneração, foi identificado como um evento chave na progressão das doenças. Supõe-se que as proteínas saudáveis se dobrem primeiro em oligômeros nos estágios iniciais e em fibrilas nos estágios posteriores da doença. Esses agregados de proteínas mal dobradas circulam no cérebro e nos biofluidos e também se acumulam como depósitos nos cérebros de portadores de doenças neurodegenerativas falecidos.

Porém, o desenvolvimento de ferramentas para detectar esses sinais indicadores das doenças – conhecidos como biomarcadores – permaneceu indefinido até agora. Os obstáculos para a detecção precisa são múltiplos, incluindo os limites da tecnologia atual para separar e quantificar com precisão diferentes agregados de proteínas.

Combinando várias tecnologias avançadas em um único sensor

Para criar o novo biossensor de biomarcadores de doenças neurodegenerativas, os pesquisadores do Laboratório de Sistemas Bionanofotônicos (BIOS) da professora Dra. Hatice Altug e do Laboratório de Neurobiologia Molecular e Neuroproteômica (LMNN) do professor Dr. Hilal Lashuel combinaram vários campos da ciência: Bioquímica de Proteínas, Optofluídica, Nanotecnologia e Inteligência Artificial. “Ao contrário das abordagens bioquímicas atuais, que dependem da medição dos níveis dessas moléculas, nossa abordagem é focada na detecção de suas estruturas anormais. Essa tecnologia também nos permite diferenciar os níveis das duas principais formas anormais implicadas no desenvolvimento e progressão de doenças neurodegenerativas, oligômeros e fibrilas”, disse o professor Hilal Lashuel.

O sensor ImmunoSEIRA emprega uma tecnologia chamada espectroscopia de absorção infravermelha aprimorada por superfície (SEIRA). Este método permite aos cientistas detectar e analisar as formas de moléculas específicas associadas a doenças – os biomarcadores – associadas a doenças neurodegenerativas. O sensor é equipado com um imunoensaio exclusivo, que identifica e captura esses biomarcadores com alta precisão.

“Em nosso artigo, apresentamos uma solução tecnológica que integra nanoplasmônica, nanofabricação de salas limpas, microfluídica, imunoensaio, IA e métodos bioquímicos avançados”, disse Deepthy Kavungal, estudante de doutorado e principal autora do artigo. “Nosso sensor ImmunoSEIRA exibe sensibilidade estrutural e capacidade de monitorar um painel de biomarcadores complementares com alta especificidade a partir de pequenos volumes de amostras em biomatrizes complexas”, continuou a doutoranda.

Combinando o poder da nanotecnologia e da inteligência artificial

O sensor ImmunoSEIRA apresenta arranjos de nanorods de ouro com anticorpos para detecção de proteínas específicas. Ele permite a captura específica em tempo real e a análise estrutural de biomarcadores alvo de amostras extremamente pequenas. As redes neurais, um subconjunto de algoritmos de IA, são então empregadas para identificar a presença de formas específicas de proteínas mal dobradas, os agregados oligoméricos e fibrilares, alcançando um nível sem precedentes de precisão de detecção à medida que as doenças progridem.

O Dr. Hilal Lashuel acredita que este é um avanço significativo na detecção de doenças, acrescentando que, “uma vez que o processo da doença está fortemente associado a mudanças na estrutura da proteína, acreditamos que os biomarcadores estruturais, especialmente quando integrados a outros biomarcadores bioquímicos e de neurodegeneração, podem abrir caminho para diagnóstico e monitoramento mais precisos da progressão da doença”.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

Fonte: Michael David Mitchell e Titouan Veuillet, EPFL. Imagem: Freepik.

Em suas publicações, o Canal Farma da Rede T4H tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Canal Farma tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas.