Nova ferramenta pode detectar facilmente marcadores de proteínas do câncer e vírus

Verificado_Mis/iStock

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Os pesquisadores desenvolveram um minúsculo biochip composto de blocos de silício que têm potencial para realizar uma rápida triagem genética de milhares de moléculas.

De acordo com um relatório da Science, esta ferramenta poderia identificar mais de 160.000 moléculas distintas em um único centímetro quadrado de espaço.

Esta tecnologia inovadora tem implicações numa vasta gama de áreas médicas, incluindo a detecção de marcadores proteicos cancerígenos e o diagnóstico clínico de infecções respiratórias.

A maioria dos sensores de teste genético depende do monitoramento da absorção ou emissão de luz de moléculas alvo projetadas para se ligarem ao gene alvo.

Esses métodos empregam a reação em cadeia da polimerase para gerar numerosas cópias do alvo antes de tentar identificá-lo, o que aumenta o custo e a duração do teste.

Além disso, os sensores de triagem genética anteriores não foram capazes de identificar uma ampla variedade de compostos alvo e necessitaram de marcação óptica para detectar sequências alvo.

Os autores da Universidade de Stanford escreveram no estudo: “Introduzimos uma plataforma de triagem genética sem rótulo baseada em nanoantenas de silício de fator de alta qualidade (alto Q) funcionalizadas com fragmentos de ácido nucleico”.

Para desenvolver esta ferramenta, os cientistas usaram uma tecnologia de detecção óptica baseada em metassuperfícies feitas de pequenas caixas de silício. Essas minúsculas matrizes de silício medem aproximadamente 500 nanômetros de altura, 600 nanômetros de comprimento e 160 nanômetros de largura.

As caixas de silício podem focar a luz infravermelha próxima em sua superfície superior graças às nanoantenas. “Essas metassuperfícies consistem em nanoantenas de comprimento de onda que confinam fortemente a luz no campo próximo, ao mesmo tempo que proporcionam controle preciso sobre a dispersão no campo distante”, explicou o estudo.

De acordo com a Science, esta abordagem permite que um microscópio óptico básico meça a mudança no comprimento de onda da luz que emana de cada bloco de silício, que varia dependendo das moléculas no topo das caixas.

Para testar a ferramenta, os pesquisadores anexaram fragmentos de genes de cadeia simples de 22 nucleotídeos a caixas de silício e submergiram o conjunto em uma solução tampão.

Quando as fitas complementares de DNA foram introduzidas na solução, elas imediatamente se juntaram às amarradas, mudando o comprimento de onda da luz emitida pela superfície de cada caixa.

Segundo o autor, essa ferramenta pode identificar facilmente 4.000 cópias de genes-alvo por microlitro.

Os resultados foram publicados na revista Nature Communications.

Resumo do estudo:

Os métodos de análise genética são fundamentais para o avanço da medicina personalizada, acelerando o diagnóstico de doenças e monitorizando a saúde dos organismos e ecossistemas. As tecnologias atuais de ácidos nucleicos, como a reação em cadeia da polimerase (PCR) e o sequenciamento de próxima geração (NGS), dependem da amplificação da amostra e podem sofrer inibição. Aqui, apresentamos uma plataforma de triagem genética sem rótulo baseada em nanoantenas de silício de fator de alta qualidade (alto Q) funcionalizadas com fragmentos de ácido nucleico. Cada nanoantena de alto Q exibe fatores de qualidade ressonante médios de 2.200 em buffer fisiológico. Detectamos quantitativamente dois fragmentos de genes, envelope SARS-CoV-2 (E) e quadro de leitura aberto 1b (ORF1b), com alta especificidade via hibridização de DNA. Também demonstramos sensibilidade femtomolar em tampão e sensibilidade nanomolar em eluatos nasofaríngeos fortificados em 5 minutos. As nanoantenas são padronizadas em densidades de 160.000 dispositivos por cm2, permitindo trabalhos futuros em detecção altamente multiplexada. Combinado com os avanços no processamento complexo de amostras, nosso trabalho fornece uma base para ensaios moleculares rápidos, compactos e sem amplificação.