Cientistas da empresa IBM desenvolveram uma nova tecnologia de “laboratório em um chip” (lab-on-a-chip) capaz de separar partículas em nanoescala biológicas que permitem que os médicos detectem doenças como o câncer, antes de os sintomas aparecerem.

A novidade é um pequeno aparelho de diagnóstico, que está pronto para começar a ser testado em pacientes com suspeita de câncer de próstata.

Os biochips são como micro laboratórios, feitos com os mesmos materiais (cristais de silício) e do mesmo tamanho dos chips de computador. Usam a tecnologia chamada microfluídica (que pode integrar funções de laboratório, como separação e análise de componentes, usando sistemas miniaturizados), usada para guiar quantidades minúsculas de fluidos através de canais até transistores especiais que funcionam como sensores. Esses, são capazes de detectar a presença de moléculas específicas – como biomarcadores, indicadoras de alguma doença.

A tecnologia é uma ferramenta de diagnóstico muito útil, pois pode ser mais rápido, portátil, fácil de utilizar e requer menos volume de amostra para detectar doenças.

Um artigo publicado em 1º de agosto no periódico Nature Nanotechnology tratou da pesquisa da IBM, que usou a tecnologia denominada deslocamento lateral determinístico em nanoescala (nanoscale deterministic lateral displacement), método capaz de separar os vírus e outros perigos para a saúde a partir de amostras fluidas de DNA que são filtradas através de uma série de pequenas colunas que separam os elementos por tamanho em uma resolução de dezenas de nanômetros. A empresa já reduziu o tamanho do chip para 2cm², enquanto continua desenvolvendo a capacidade do dispositivo em termos de funcionalidade e produtividade.

“Nós criamos uma estrutura em silício que contém nanopilares (nanoposts, pilares de cerca de 100 a 200 nanômetros), disse Gustavo Stolovitzky, diretor do programa de Translational Systems Biology and Nanobiotechnology, da IBM Research e um dos autores do trabalho.

Os pesquisadores Benjamin Wunsch e Joshua Smith desenvolveram um labirinto no biochip, formado pelos nanopilares dispostos assimetricamente, cobrindo a superfície do chip. As partículas maiores são desviadas conforme se chocam com os pilares, enquanto as menores fluem pelos espaçamentos entre os pilares, o que permite separar tudo pelo tamanho, sem interromper o fluxo do líquido.

Os resultados demonstraram que é possível separar biopartículas através do seu tamanho (até a 20 nanômetros de diâmetro), uma escala que dá acesso a partículas importantes, como DNA, vírus e exossomos (complexo proteico multienzimático envolvido em diferentes passos do processamento e degradação de vários tipos de moléculas de RNA). Estas partículas podem ser analisadas ​​para revelar sinais de doença mesmo antes de os pacientes apresentarem sintomas físicos, fase em que o resultado do tratamento pode ser mais positivo.

Até então, a menor biopartícula que havia sido separada por tamanho usando tecnologias de um chip foi cerca de 50 vezes, ou mais. No ramo da medicina de precisão, os exossomos são apontados, cada vez mais, como biomarcadores úteis para o diagnóstico e prognóstico de tumores malignos. Os exossomos são liberados em fluidos corporais facilmente acessíveis, como sangue, saliva ou urina.

“A capacidade de classificar e enriquecer biomarcadores com a tecnologia em nanoescala com base em um chip, abre a porta para entendermos doenças como câncer e vírus como a gripe ou o zika”, acrescentou Gustavo Stolovitzky.

Os exossomos, presentes em biópsias líquidas, variam de 20 a 140 nanômetros de diâmetro e contêm informações sobre a saúde da célula de onde foram liberados. A determinação do seu tamanho, das proteínas em sua superfície e da carga de ácido nucleico que eles transportam traz informações essenciais sobre a presença e o estado de desenvolvimento do câncer e outras doenças.

As partículas, quando separadas, podem ser detectadas e analisadas com maior precisão. Ao focar células e moléculas indicadoras de determinadas doenças, o biochip torna-se uma espécie de microlaboratório capaz de fazer exames com precisão única.

O primeiro alvo será o câncer de próstata. Os exossomos devem conter um marcador potencial chamado antígeno da membrana específica da próstata, o que pode fazer avançar a detecção precoce. “O objetivo é fazer uma análise não-invasiva a partir da urina para detectar exosomos que indicam a presença de câncer de próstata. Este estudo é a primeira prova do conceito”, conclui Stolovitzky.

Veja um vídeo, em inglês, que demonstra como funciona a tecnologia :