Créditos:Imagem: Cortesia dos pesquisadores
As descobertas apontam para uma maneira mais rápida de detectar bactérias em alimentos, água e amostras clínicas.
A obtenção dos resultados de um exame de sangue pode levar de um dia a uma semana, dependendo do objetivo do teste. O mesmo se aplica aos testes de poluição da água e contaminação de alimentos. E na maioria dos casos, o tempo de espera tem a ver com etapas demoradas no processamento e análise de amostras.
Agora, os engenheiros do MIT identificaram uma nova assinatura óptica em uma classe amplamente utilizada de esferas magnéticas, que poderia ser usada para detectar rapidamente contaminantes em uma variedade de testes de diagnóstico. Por exemplo, a equipe mostrou que a assinatura poderia ser usada para detectar sinais do contaminante alimentar Salmonella.
As chamadas Dynabeads são esferas magnéticas microscópicas que podem ser revestidas com anticorpos que se ligam a moléculas alvo, como um patógeno específico. Dynabeads são normalmente usados em experimentos nos quais são misturados em soluções para capturar moléculas de interesse. Mas a partir daí, os cientistas têm de tomar medidas adicionais e demoradas para confirmar que as moléculas estão realmente presentes e ligadas às esferas.
A equipe do MIT encontrou uma maneira mais rápida de confirmar a presença de patógenos ligados ao Dynabead, usando óptica, especificamente, espectroscopia Raman. Esta técnica óptica identifica moléculas específicas com base na sua “assinatura Raman”, ou na forma única como uma molécula dispersa a luz.
Os pesquisadores descobriram que Dynabeads têm uma assinatura Raman incomumente forte que pode ser facilmente detectada, muito parecida com uma etiqueta fluorescente. Eles descobriram que essa assinatura pode funcionar como um “repórter”. Se detectado, o sinal pode servir como uma confirmação rápida, em menos de um segundo, de que um patógeno alvo está de fato presente em uma determinada amostra. A equipe está atualmente trabalhando para desenvolver um dispositivo portátil para detectar rapidamente uma variedade de patógenos bacterianos, e seus resultados aparecerão na edição especial da Emerging Investigators do Journal of Raman Spectroscopia.
“Esta técnica seria útil numa situação em que um médico está tentando diminuir a origem de uma infecção, a fim de informar melhor a prescrição de antibióticos, bem como para a detecção de agentes patogénicos conhecidos em alimentos e água”, diz o co-autor do estudo. Marissa McDonald, estudante de pós-graduação do Programa Harvard-MIT em Ciências e Tecnologia da Saúde. “Além disso, esperamos que esta abordagem acabe por levar à expansão do acesso a diagnósticos avançados em ambientes com recursos limitados.”
Os coautores do estudo no MIT incluem o associado de pós-doutorado Jongwan Lee; O acadêmico visitante Nikiwe Mhlanga; Cientista Pesquisador Jeon Woong Kang; Professor Tata Rohit Karnik, que também é diretor associado do Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos Abdul Latif Jameel; e Professora Assistente Loza Tadesse do Departamento de Engenharia Mecânica.
Óleo e água
Procurar células doentes e patógenos em amostras de fluidos é um exercício de paciência.
“É uma espécie de problema de agulha no palheiro”, diz Tadesse.
Os números presentes são tão pequenos que devem ser cultivados em ambientes controlados em número suficiente, e suas culturas coradas e depois estudadas ao microscópio. Todo o processo pode levar de vários dias a uma semana para produzir um resultado positivo ou negativo confiável.
Os laboratórios de Karnik e Tadesse têm desenvolvido de forma independente técnicas para acelerar várias partes do processo de teste de patógenos e tornar o processo portátil, usando Dynabeads.
Dynabeads são esferas microscópicas disponíveis comercialmente, feitas de um núcleo magnético de ferro e um invólucro de polímero que pode ser revestido com anticorpos. Os anticorpos de superfície atuam como ganchos para ligar moléculas-alvo específicas. Quando misturado com um fluido, como um frasco de sangue ou água, quaisquer moléculas presentes irão aderir às Dynabeads. Usando um ímã, os cientistas podem suavemente colocar as esferas no fundo de um frasco e filtrá-las para fora da solução. O laboratório de Karnik está investigando maneiras de separar ainda mais as esferas naquelas que estão ligadas a uma molécula alvo e naquelas que não estão. “Ainda assim, o desafio é: como saber se temos o que procuramos?” Tadesse diz.
As contas em si não são visíveis a olho nu. É aí que entra o trabalho de Tadesse. Seu laboratório usa espectroscopia Raman como uma forma de “imprimir impressões digitais” de patógenos. Ela descobriu que diferentes tipos de células espalham a luz de maneiras únicas que podem ser usadas como uma assinatura para identificá-las.
No novo trabalho da equipe, ela e seus colegas descobriram que Dynabeads também têm uma assinatura Raman única e forte que pode atuar como um farol surpreendentemente claro.
“Inicialmente procurávamos identificar as assinaturas das bactérias, mas a assinatura das Dynabeads era na verdade muito forte”, diz Tadesse. “Percebemos que este sinal poderia ser um meio de informar se você tem essa bactéria ou não.”
Farol de teste
Como demonstração prática, os pesquisadores misturaram Dynabeads em frascos de água contaminada com Salmonella. Eles então isolaram magneticamente essas contas em lâminas de microscópio e mediram a maneira como a luz se espalhava pelo fluido quando exposta à luz laser. Em meio segundo, eles detectaram rapidamente a assinatura Raman dos Dynabeads – uma confirmação de que os Dynabeads e, por inferência, Salmonella, estavam presentes no fluido.
“Isso é algo que pode ser usado para dar rapidamente uma resposta positiva ou negativa: existe contaminante ou não?” Tadesse diz. “Porque mesmo um punhado de patógenos pode causar sintomas clínicos.”
A nova técnica da equipe é significativamente mais rápida do que os métodos convencionais e utiliza elementos que poderiam ser adaptados em formatos menores e mais portáteis – um objetivo pelo qual os pesquisadores estão trabalhando atualmente. A abordagem também é altamente versátil.
“Salmonella é a prova de conceito”, diz Tadesse. “Você poderia comprar Dynabeads com anticorpos E.coli e a mesma coisa aconteceria: ele se ligaria à bactéria e seríamos capazes de detectar a assinatura Dynabead porque o sinal é super forte.”
A equipe está particularmente interessada em aplicar o teste a condições como a sépsis, onde o tempo é essencial e onde os agentes patogénicos que desencadeiam a doença não são rapidamente detectados através de testes laboratoriais convencionais.
“Há muitos casos, como na sepse, em que as células patogênicas nem sempre podem ser cultivadas em uma placa”, diz Lee, membro do laboratório de Karnik. “Nesse caso, nossa técnica poderia detectar rapidamente esses patógenos.”
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Centro de Pesquisa Biomédica Laser do MIT, pelo Instituto Nacional do Câncer e pelo Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos Abdul Latif Jameel do MIT.
Publicado em 03/09/2023 09h39
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