Cientistas desenvolveram um sensor ultrassensível movido a luz que pode detectar quantidades mínimas de biomarcadores de câncer no sangue, possibilitando potencialmente o diagnóstico muito antes de os tumores serem visíveis em exames de imagem.
Biomarcadores como proteínas, fragmentos de DNA e outras moléculas podem sinalizar a presença de câncer, seu progresso ou o risco de uma pessoa desenvolvê-lo. A dificuldade é que, nos estágios iniciais da doença, esses marcadores existem em concentrações extremamente baixas, tornando-os difíceis de medir com ferramentas convencionais.
Han Zhang, da Universidade de Shenzhen, na China, líder da equipe de pesquisa, explicou que o sensor combina nanoestruturas de DNA com pontos quânticos e a tecnologia de edição gênica CRISPR para detectar sinais fracos de biomarcadores usando uma abordagem baseada em luz conhecida como geração de segundo harmônico (SHG).
Na revista Optica, Zhang e sua equipe relataram que o dispositivo detectou biomarcadores de câncer de pulmão em amostras de pacientes em níveis sub-attomolares. Mesmo quando apenas algumas moléculas estavam presentes, o sistema produziu um sinal claro e mensurável. Como a plataforma é programável, ela poderia ser adaptada para identificar vírus, bactérias, toxinas ambientais ou biomarcadores ligados a condições como a doença de Alzheimer.
Para o diagnóstico precoce, o método promete permitir exames de sangue simples para câncer de pulmão antes que um tumor seja visível em uma tomografia computadorizada. Também poderia ajudar no avanço de opções de tratamento personalizado, permitindo que médicos monitorassem os níveis de biomarcadores de um paciente diariamente ou semanalmente para avaliar a eficácia de um medicamento, em vez de esperar meses por resultados de imagem.
Tecnologia de Sensoriamento Óptico Sem Amplificação
A maioria dos testes atuais de biomarcadores requer amplificação química para aumentar os pequenos sinais moleculares, o que adiciona tempo, complexidade e custo. Os pesquisadores buscaram criar uma estratégia de detecção direta que elimina essas etapas adicionais.
O sistema se baseia no fenômeno óptico não linear SHG, no qual a luz incidente é convertida em luz com metade do comprimento de onda. Neste projeto, o SHG ocorre na superfície de um semicondutor bidimensional chamado dissulfeto de molibdênio (MoS₂).
Para posicionar com precisão os componentes de detecção, a equipe construiu tetraedros de DNA, que são pequenas nanoestruturas em forma de pirâmide formadas inteiramente de DNA. Essas estruturas mantêm os pontos quânticos a distâncias cuidadosamente controladas da superfície do MoS₂. Os pontos quânticos intensificam o campo óptico local e aumentam o sinal SHG.
A tecnologia de edição gênica CRISPR-Cas foi então incorporada para reconhecer biomarcadores específicos. Quando a proteína Cas12a detecta seu alvo, ela corta as fitas de DNA que ancoram os pontos quânticos. Essa ação desencadeia uma queda mensurável no sinal SHG. Como o SHG produz muito pouco ruído de fundo, o sistema pode detectar concentrações extremamente baixas de biomarcadores com alta sensibilidade.
Zhang afirmou que, em vez de ver o DNA apenas como uma substância biológica, eles o usam como blocos de construção programáveis, permitindo montar os componentes do sensor com precisão em nível nanométrico. Ao combinar o sensoriamento óptico não linear, que minimiza efetivamente o ruído de fundo, com um design sem amplificação, o método oferece um equilíbrio distinto entre velocidade e precisão.
Testes Bem-Sucedidos de Câncer de Pulmão em Soro Humano
Para avaliar o desempenho em condições reais, os pesquisadores se concentraram no miR-21, um biomarcador de microRNA associado ao câncer de pulmão. Após confirmar que o dispositivo poderia detectar o miR-21 em uma solução tampão controlada, eles o testaram usando soro humano de pacientes com câncer de pulmão para simular um exame de sangue real.
O sensor funcionou excepcionalmente bem, mostrando que integrar óptica, nanomateriais e biologia pode ser uma estratégia eficaz para otimizar um dispositivo. O sensor também foi altamente específico, ignorando outras fitas de RNA semelhantes e detectando apenas o alvo de câncer de pulmão.
O próximo objetivo é reduzir o sistema óptico. Os pesquisadores pretendem desenvolver uma versão portátil que possa ser usada à beira do leito, em clínicas ambulatoriais ou em áreas remotas com recursos médicos limitados.
