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Jul 27, 2023

Este sensor imita a função natural da membrana celular

8 de agosto de 2023 Por Sean Whooley Uma equipe liderada por pesquisadores do MIT projetou um sensor que pode ajudar a rastrear cânceres ou tumores metastáticos difíceis de diagnosticar.

8 de agosto de 2023 Por Sean Whooley

Uma equipe liderada por pesquisadores do MIT projetou um sensor que pode ajudar a rastrear cânceres ou tumores metastáticos difíceis de diagnosticar. [Imagem cortesia dos pesquisadores/MIT]

O sensor protótipo pode detectar uma molécula imunológica chamada CXCL 12. Eles dizem que isso poderia ajudar a desenvolver um sistema de triagem de rotina para cânceres ou tumores metastáticos difíceis de diagnosticar. A tecnologia também poderia ser usada como um “nariz” eletrônico altamente biomimético, de acordo com um comunicado à imprensa do MIT.

“Nossa esperança é desenvolver um dispositivo simples que permita fazer testes em casa, com alta especificidade e sensibilidade”, disse Shuguang Zhang, principal cientista pesquisador do Media Lab do MIT. “Quanto mais cedo você detectar o câncer, melhor será o tratamento, portanto, o diagnóstico precoce do câncer é uma área importante em que queremos avançar.”

A equipe inspirou-se na membrana que envolve todas as células. Essas membranas celulares apresentam milhares de proteínas receptoras capazes de detectar moléculas no ambiente. A equipe do MIT modificou proteínas para sobreviverem fora da membrana, ancorando-as em uma camada de proteínas cristalizadas sobre transistores de grafeno. Após a detecção de uma molécula alvo, os transistores transmitem informações para um computador ou smartphone.

A equipe diz que o sensor poderia funcionar para analisar qualquer fluido corporal, como sangue, lágrimas ou saliva. Também poderia rastrear diferentes alvos simultaneamente.

“Identificamos receptores críticos de sistemas biológicos e ancoramo-los numa interface bioelectrónica, permitindo-nos colher todos esses sinais biológicos e depois transduzi-los em resultados eléctricos que podem ser analisados ​​e interpretados por algoritmos de aprendizagem automática”, disse Rui Qing, antigo Cientista pesquisador do MIT e atual professor associado da Universidade Jiao Tong de Xangai.

Qing e o estudante de doutorado Mantian Xue foram os autores do estudo dos sensores, publicado na Science Advances. Zhang, Tomás Palacios e Uwe Sleytr foram autores seniores.

A equipe afirma que sua abordagem visava construir sensores baseados em proteínas receptoras encontradas nas membranas celulares. Porém, podem ser difíceis de trabalhar porque, uma vez removidos, só mantêm a estrutura se suspensos em um detergente.

Zhang, Qing e outros encontraram anteriormente uma maneira de transformar proteínas hidrofóbicas em proteínas solúveis em água. Eles trocaram aminoácidos hidrofóbicos por hidrofílicos em um método chamado código QTY.

“As pessoas tentam usar receptores para detecção há décadas, mas é um desafio para uso generalizado porque os receptores precisam de detergente para mantê-los estáveis. A novidade da nossa abordagem é que podemos torná-los solúveis em água e produzi-los em grandes quantidades, de forma barata”, disse Zhang.

Zhang e Sleytr trabalharam para anexar versões solúveis em água de proteínas receptoras a uma superfície. Essas proteínas da camada S, quando cristalizadas, formam arranjos monomoleculares coerentes em uma superfície. Eles também podem se fundir com outras proteínas, como anticorpos ou enzimas, como Sleytr provou anteriormente. A equipe, com o cientista sênior Andreas Breitwieser, usou as proteínas para criar uma folha densa e imobilizada de uma versão solúvel em água de uma proteína receptora chamada CXCR4. Liga-se ao CXCL 12, que desempenha o seu papel em doenças humanas como o cancro. Também se liga a uma glicoproteína do revestimento do VIH responsável pela entrada do vírus nas células humanas.

A equipe nomeou sua tecnologia de sensor RESENSA (Receptor S-layer Electrical Nano Sensing Array).

“Usamos esses sistemas de camada S para permitir que todas essas moléculas funcionais se liguem a uma superfície em uma matriz monomolecular, em uma distribuição e orientação muito bem definidas”, diz Sleytr. “É como um tabuleiro de xadrez onde você pode organizar diferentes peças de maneira muito precisa.”

Os pesquisadores do MIT anexaram sua camada S a um chip com matrizes de transistores baseadas em grafeno. Xue adaptou o chip para revestimento com uma camada dupla de proteínas. Quando uma molécula alvo se liga a um receptor, a carga do alvo altera as propriedades elétricas do grafeno.