Este novo exame de sangue pode detectar o câncer antes que ele apareça nos exames

Biomarcadores como proteínas, fragmentos de DNA e outras moléculas podem sinalizar se o câncer está presente, como está progredindo ou o risco de uma pessoa desenvolvê-lo. A dificuldade é que, nas fases iniciais da doença, estes marcadores existem em concentrações extremamente baixas, tornando-os difíceis de medir com ferramentas convencionais.

“Nosso sensor combina nanoestruturas feitas de DNA com pontos quânticos e tecnologia de edição genética CRISPR para detectar sinais fracos de biomarcadores usando uma abordagem baseada em luz conhecida como geração de segundo harmônico (SHG)”, disse o líder da equipe de pesquisa Han Zhang, da Universidade de Shenzhen, na China. “Se for bem sucedida, esta abordagem poderá ajudar a tornar os tratamentos de doenças mais simples, potencialmente melhorar as taxas de sobrevivência e reduzir os custos globais de saúde”.

Em ÓPTICOrevista do Optica Publishing Group para pesquisas de alto impacto, Zhang e sua equipe relataram que o dispositivo detectou biomarcadores de câncer de pulmão em amostras de pacientes em níveis subatomolares. Mesmo quando apenas algumas moléculas estavam presentes, o sistema produziu um sinal claro e mensurável. Como a plataforma é programável, ela poderia ser potencialmente adaptada para identificar vírus, bactérias, toxinas ambientais ou biomarcadores ligados a condições como a doença de Alzheimer.

“Para o diagnóstico precoce, este método é promissor para permitir exames de sangue simples para câncer de pulmão antes que um tumor possa ser visível em uma tomografia computadorizada”, disse Zhang. “Também poderia ajudar a promover opções de tratamento personalizadas, permitindo que os médicos monitorassem os níveis de biomarcadores de um paciente diariamente ou semanalmente para avaliar a eficácia do medicamento, em vez de esperar meses pelos resultados dos exames de imagem”.

Tecnologia de detecção óptica livre de amplificação

A maioria dos testes atuais de biomarcadores requerem amplificação química para aumentar pequenos sinais moleculares, o que acrescenta tempo, complexidade e custos. Os pesquisadores pretendiam criar uma estratégia de detecção direta que eliminasse essas etapas adicionais.

O sistema depende do SHG, um fenômeno óptico não linear no qual a luz que entra 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 sensores, a equipe construiu tetraedros de DNA, que são pequenas nanoestruturas em forma de pirâmide formadas inteiramente a partir de DNA. Essas estruturas mantêm 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 genética CRISPR-Cas foi então incorporada para reconhecer biomarcadores específicos. Quando a proteína Cas12a detecta o seu alvo, ela corta as cadeias de DNA que ancoram os pontos quânticos. Esta 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.

“Em vez de ver o DNA apenas como uma substância biológica, nós o usamos como blocos de construção programáveis, permitindo-nos montar os componentes do nosso sensor com precisão de nível nanométrico”, disse Zhang. “Ao combinar a detecção óptica não linear, que minimiza efetivamente o ruído de fundo, com um design livre de amplificação, nosso método oferece um equilíbrio distinto entre velocidade e precisão.”

Testes bem-sucedidos de câncer de pulmão em soro humano

Para avaliar o desempenho no mundo real, os pesquisadores se concentraram no miR-21, um biomarcador microRNA associado ao câncer de pulmão. Depois de 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 a integração de óptica, nanomateriais e biologia pode ser uma estratégia eficaz para otimizar um dispositivo”, disse Zhang. “O sensor também era altamente específico – ignorando outras cadeias de RNA semelhantes e detectando apenas o alvo do 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 ambulatórios ou em áreas remotas com recursos médicos limitados.