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Sensores inaláveis podem ajudar na detecção precoce do câncer de pulmão

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quarta-feira, 10 janeiro 2024 15:20

Áreas

Análises Clínicas. Biologia. Biomedicina. Biotecnologia. Diagnóstico. Engenharia Biológica. Inteligência Artificial. Microbiologia. Nanotecnologia. Oncologia. Saúde Pública.

Usando uma nova tecnologia desenvolvida no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, o diagnóstico de câncer de pulmão pode se tornar tão fácil quanto realizar uma inalação de nanopartículas e depois fazer um teste de urina para revelar se um tumor está presente.

O novo diagnóstico é baseado em nanossensores que podem ser entregues por um inalador ou um nebulizador. Se os sensores encontrarem proteínas ligadas ao câncer nos pulmões, produzem um sinal que se acumula na urina, onde pode ser detectado com uma simples tira de papel.

Essa abordagem pode potencialmente substituir ou complementar o padrão ouro atual para diagnosticar o câncer de pulmão, a tomografia computadorizada de baixa dose. A tecnologia pode ter um impacto especialmente significativo em países de baixa e média renda que não têm uma disponibilidade generalizada de aparelhos de tomografia, disseram os pesquisadores.

“Em todo o mundo, o câncer se tornará cada vez mais prevalente em países de baixa e média renda. A epidemiologia do câncer de pulmão globalmente é que ele é impulsionado pela poluição e pelo fumo, por isso sabemos que são cenários em que a acessibilidade a esse tipo de tecnologia pode ter um grande impacto ”, disse a Dra. Sangeeta Bhatia, professora de Ciências da Saúde e Tecnologia e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT.

A professora Sangeeta Bhatia é a autora sênior do artigo publicado na revista científica Science Advances, que mostra os resultados do estudo. O Dr. Qian Zhong, cientista do MIT, e o Dr. Edward Tan, que era pós-doutorando do MIT, são os autores principais do estudo.

Partículas inaláveis

Para ajudar a diagnosticar o câncer de pulmão o mais precocemente possível, é recomendado que fumantes com mais de 50 anos façam exames anuais de tomografia computadorizada de baixa dose. No entanto, nem todos nesse grupo-alvo realizam esse exame, e a alta taxa falsa positiva das varreduras pode levar a testes invasivos desnecessários.

A Dra. Sangeeta Bhatia passou a última década desenvolvendo nanossensores para uso no diagnóstico de câncer e outras doenças e, neste estudo, ela e seus colegas exploraram a possibilidade de usá-los como uma alternativa mais acessível à triagem via tomografia para câncer de pulmão.

Os nanossensores consistem em nanopartículas de polímero revestidas com um elemento, como um código de barras de DNA, que é clivado da partícula quando o sensor encontra enzimas chamadas proteases, que geralmente são hiperativas em tumores. Esses elementos eventualmente se acumulam na urina e são excretados. As versões anteriores dos sensores, que visavam outros locais de câncer, como o fígado e os ovários, foram projetados para serem administrados por via intravenosa. Para o diagnóstico de câncer de pulmão, os pesquisadores queriam criar uma versão que pudesse ser inalada, o que poderia facilitar a implantação em ambientes com poucos recursos.

“Quando desenvolvemos essa tecnologia, nosso objetivo era fornecer um método que pudesse detectar câncer com alta especificidade e sensibilidade e também diminuir o limiar de acessibilidade, pois esperamos ajudar a diminuir a disparidade e a desigualdade de recursos na detecção precoce de câncer de pulmão”, disse o Dr. Qian Zhong.

Para conseguir isso, os pesquisadores criaram duas formulações de suas partículas: uma solução que pode ser aerossolizada e entregue com um nebulizador e um pó seco que pode ser entregue usando um inalador.

Uma vez que as partículas atingem os pulmões, elas são absorvidas no tecido, onde encontram quaisquer proteases que possam estar presentes. As células humanas podem expressar centenas de proteases diferentes, e algumas delas são hiperativas em tumores, onde ajudam as células cancerígenas a escapar de seus locais originais cortando proteínas da matriz extracelular. Essas proteases cancerígenas clivam códigos de barras de DNA dos sensores, permitindo que os códigos de barra circulem na corrente sanguínea até que sejam excretados na urina.

Diagnóstico preciso

Os pesquisadores testaram o novo sistema de diagnóstico em camundongos que foram geneticamente projetados para desenvolver tumores pulmonares semelhantes aos observados em humanos. Os nanossensores foram administrados sete semanas e meia após o início dos tumores, um instante que provavelmente se correlacionaria com o câncer de estágio 1 ou 2 em humanos.

Em seu primeiro conjunto de experimentos nos animais, os pesquisadores mediram os níveis de 20 sensores diferentes projetados para detectar diferentes proteases. Usando um algoritmo de aprendizado de máquina para analisar esses resultados, os pesquisadores identificaram uma combinação de apenas quatro sensores que poderiam fornecer resultados de diagnóstico precisos. Eles então testaram essa combinação no modelo de camundongos e descobriram que ele poderia detectar com precisão os tumores pulmonares em estágio inicial.

Para uso em seres humanos, é possível que mais sensores possam ser necessários para fazer um diagnóstico preciso, mas isso pode ser alcançado usando várias tiras de papel, cada uma delas detectando quatro códigos de barras de DNA diferentes, disseram os pesquisadores.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News. Imagem: acima: pesquisadores projetaram nanopartículas para diagnóstico que podem ser aerossolizadas e inaladas; abaixo: micrografia eletrônica de varredura das partículas, revestidas com nanossensores que interagem com proteínas associadas ao câncer de pulmão. Fonte: Divulgação, MIT.

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