‘Bactérias em um chip’ para ingerir podem ajudar a diagnosticar doenças

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Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), nos Estados Unidos, construíram um sensor para ingerir equipado com bactérias geneticamente modificadas que podem diagnosticar hemorragia no estômago ou outros problemas gastrointestinais.


Esta abordagem de “bactérias em um chip” combina sensores feitos de células vivas com componentes eletrônicos de baixa potência, que convertem a resposta bacteriana em um sinal sem fio que pode ler um telefone inteligente.


“Ao combinar sensores biológicos de engenharia juntamente com a eletrônica sem fio de baixa potência, podemos detectar sinais biológicas no corpo e quase em tempo real, o que permite novas capacidades de diagnóstico para aplicações de saúde humana”, diz Timothy Lu, professor associado de Engenharia Elétrica e de Computação e Engenharia Biológica do MIT.


No novo estudo, que aparece na edição digital desta quinta-feira de ‘Science’, os pesquisadores criaram sensores que respondem ao heme, um componente do sangue, e mostraram que funcionam em porcos. Também projetaram sensores que podem responder a uma molécula que é um marcador de inflamação.


Lu e Anantha Chandrakasan, o decano da Escola de Engenharia do MIT e professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, são os principais autores do estudo. Outros membros da equipe são o estudante graduado Mark Mimee e Phillip Nadeau, do MIT.


COMUNICAÇÃO INHALÁMBRICA


Na última década, os biólogos sintéticos têm conseguido grandes avanços na engenharia de bactérias para responder a estímulos como poluentes ambientais ou marcadores de doenças. Estas bactérias podem ser concebidos para produzir resultados como a luz quando detectam o estímulo objetivo, mas geralmente exigem equipamentos de laboratório especializados para medir esta resposta.


Para que estas bactérias são mais úteis para as aplicações do mundo real, a equipe do MIT decidiu combiná-las com um chip eletrônico que pudesse traduzir a resposta bacteriana em um sinal sem fio. “Nossa ideia era empacotar células bacterianas dentro de um dispositivo –diz Nadeau–. As células ficariam presas e acompanharão a viagem enquanto o dispositivo passa pelo estômago”.


Para sua demonstração inicial, os investigadores centraram-se na hemorragia no tracto gastrointestinal e projetaram uma cepa probiótica de ‘E. coli’ para expressar um circuito genético que faz com que as bactérias emitem luz quando se encontram com o heme.


Colocaram a bactéria em quatro buracos em seu sensor desenhado à medida, coberto por uma membrana semipermeável que permite que as moléculas do ambiente se difundem através delas. Abaixo de cada divisão há um fototransistor que pode medir a quantidade de luz produzida pelas células bacterianas e transmitir a informação para um microprocessador que envia um sinal sem fio a um computador ou um telefone inteligente próximo. Os cientistas construíram um aplicativo de Android que você pode usar para analisar os dados.


O sensor, que é um cilindro de cerca de 1,5 polegadas (38 milímetros) de comprimento, requer cerca de 13 microvatios de potência. Os pesquisadores equiparam-se o sensor com uma bateria de 2,7 volts, que estimam poderia alimentar o dispositivo durante cerca de 1,5 meses de uso contínuo. Dizem que também pode ser alimentado por uma pilha voltaica sustentada por fluidos ácidos no estômago, usando a tecnologia que Nadeau e Chandrakasan desenvolveram anteriormente.


“O objetivo deste trabalho é o projeto e a integração do sistema para combinar a potência de detecção bacteriana com circuitos de baixa potência para realizar importantes aplicações de detecção de saúde”, afirma Chandrakasan.


DIAGNOSTICAR A DOENÇA


Os pesquisadores testaram o sensor que se ingere em porcos e demonstraram que podia determinar corretamente se havia sangue presente no estômago. Antecipam-se que este tipo de sensor pode ser implementada para um único uso ou projetado para permanecer no trato digestivo durante vários dias ou semanas, enviando sinais contínuos.


Atualmente, se se suspeitar de que os pacientes estão sangrando de uma úlcera gástrica, devem se submeter a uma endoscopia para diagnosticar o problema, que muitas vezes requer que o paciente esteja sedado. “O objetivo com este sensor é que você pode contornar um procedimento desnecessário com apenas ingerir a cápsula, e em um período relativamente curto de tempo sabrías se houve ou não um evento hemorrágico”, diz Mimee.


Para ajudar a mover a tecnologia para o uso do paciente, os pesquisadores pretendem reduzir o tamanho do sensor e estudar quanto tempo podem sobreviver as células bacterianas do trato digestivo. Também esperam desenvolver sensores para problemas gastrointestinais que não sejam hemorragias.


No artigo da Science, os pesquisadores adaptaram sensores previamente descritos para outras duas moléculas, que ainda não foram testados em animais. Um dos sensores detecta um íon que contém enxofre, chamado de tiossulfato, que está relacionado com a inflamação e pode ser usado para controlar os pacientes com doença de Crohn ou outras condições inflamatórias. O outro detectar uma molécula de sinalização bacteriana chamada AHL, que pode servir como um marcador de infecções gastrointestinais, porque os diferentes tipos de bactérias produzem versões ligeiramente diferentes da molécula.