Não seria incrível se pudéssemos monitorar continuamente o estado molecular do nosso corpo? Considere as soluções que isso poderia possibilitar, desde a administração otimizada de medicamentos até a detecção precoce de doenças mortais como o câncer. Nas últimas duas décadas, a pesquisa tem buscado tornar isso realidade, desenvolvendo dispositivos que medem uma reação química ou biológica em nossos corpos e enviam suas medições como um sinal legível de fora do corpo. Esses dispositivos, chamados biossensores, agora conseguem detectar moléculas minúsculas, como medicamentos, em tempo real, mas funcionam apenas por um curto período. Ainda não existe um único biossensor confiável que possa monitorar muitas substâncias diferentes em nossos corpos por longos períodos.
Para lidar com essa limitação, pesquisadores de Stanford desenvolveram um biossensor modular chamado sistema Sensor Nanoestruturado Eletroquímico Estável para Rastreamento Sanguíneo In Situ (SENSBIT), que permaneceu totalmente funcional por até uma semana quando implantado diretamente nos vasos sanguíneos de ratos vivos. Em um artigo publicado neste mês de maio na Nature Biomedical Engineering, a equipe de pesquisa de Stanford demonstrou que o SENSBIT pode rastrear continuamente os perfis de concentração de fármacos. A equipe obteve eficácia máxima do sinal tanto em modelos de ratos vivos quanto em soro humano. “Este trabalho começou há mais de uma dúzia de anos e temos avançado constantemente nesta tecnologia”, conta Tom Soh, autor sênior do artigo e professor de engenharia elétrica, bioengenharia e radiologia nas escolas de Engenharia e Medicina. “Esta melhoria de uma ordem de grandeza na longevidade dos sensores de sangue total em relação às tecnologias existentes é um enorme avanço em direção aos biossensores de próxima geração.”
Verificação intestinal
Ao longo de uma década, pesquisadores do laboratório de Soh projetaram um interruptor molecular que poderia se ligar a pequenas moléculas de interesse no corpo, gerando um sinal legível para medir continuamente as concentrações das moléculas. Esses interruptores, por si só, são propensos à degradação devido às respostas imunológicas naturais do corpo. Para ajudar a prevenir esse problema, em seu trabalho anterior, a equipe “escondeu” os interruptores em eletrodos nanoporosos. Os sinais desses eletrodos puderam então medir os níveis do fármaco dentro do tumor de um rato vivo pela primeira vez. Apesar do esforço, essa tecnologia ainda não conseguiu durar o suficiente dentro de um organismo devido a ataques do sistema imunológico.
“Precisávamos de um sistema de material que pudesse detectar o alvo e, ao mesmo tempo, proteger os interruptores moleculares, e foi aí que pensei: espera, como a biologia resolve esse problema?”, disse Yihang Chen, o primeiro autor do artigo, que conduziu este trabalho enquanto fazia seu doutorado em ciência e engenharia de materiais sob a orientação de Soh. Chen e sua equipe se inspiraram no intestino humano e projetaram o sistema SENSBIT para imitar as defesas naturais do intestino. Assim como as microvilosidades que revestem a parede intestinal, a superfície de ouro nanoporosa tridimensional do sensor protege seus elementos sensíveis contra interferências, enquanto um revestimento protetor modelado a partir da mucosa intestinal ajuda a prevenir a degradação. Esse design bioinspirado permite que o SENSBIT permaneça estável e sensível mesmo após muitos dias de exposição contínua ao sangue que flui dentro de animais vivos.
Ao testar o SENSBIT, a equipe de Chen descobriu que ele reteve mais de 70% do seu sinal após um mês em soro humano não diluído (a parte do sangue que permanece após a remoção das células e dos fatores de coagulação) e mais de 60% após uma semana implantado nos vasos sanguíneos de ratos vivos. Até onde os pesquisadores sabem, o limite anterior para exposição intravenosa para esse tipo de dispositivo era de 11 horas, enquanto o SENSBIT durava 7 dias. O SENSBIT pôde, portanto, fornecer monitoramento molecular confiável e em tempo real em fluidos biológicos complexos.
Uma nova abordagem para ler nossa biologia
Nossos corpos têm um manual muito coordenado sobre o que fazer quando um vírus, bactéria ou qualquer outro invasor tenta perturbar nosso sistema natural. Se pudéssemos entender como o corpo se coordena usando essas moléculas, poderíamos potencialmente detectar infecções antes mesmo que qualquer sintoma surja. Usar o sistema SENSBIT não é a única estratégia para monitoramento molecular contínuo; ainda assim, ele parece ser significativamente melhor do que qualquer dispositivo semelhante que tenha sido testado no sangue.
O monitoramento molecular contínuo pode abrir as portas para um novo paradigma médico – um paradigma em que podemos não apenas detectar doenças precocemente, mas também personalizar tratamentos em tempo real. “Acredito que nosso trabalho contribui para lançar as bases para esse futuro”, afirma Chen. E conclui: “estou motivado pela oportunidade de ajudar a expandir esses limites.”
