Biossensor vestível detecta inflamação oral em nível molecular

Pesquisadores da Texas A&M University desenvolveram um biossensor vestível, adesivo ao tecido, capaz de detectar biomarcadores de inflamação na boca com precisão molecular. Atualmente, detectar doença gengival exige a cadeira do dentista e um exame visual, o que muitas vezes identifica problemas apenas depois que o dano tecidual já começou.

Um professor associado de engenharia civil e ambiental desenvolveu e testou um sensor multicamadas que consegue funcionar no ambiente úmido da cavidade oral e permanecer aderido enquanto a pessoa fala e come. A camada de detecção especializada do adesivo tem como alvo a proteína fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), um biomarcador-chave de inflamação. A pesquisa foi publicada na revista Science Advances.

A camada sensora de graphene-MXene pode se ligar a sondas específicas que se aderem apenas à proteína-alvo. Essa camada tem condutividade intrínseca e, quando moléculas como a proteína-alvo se ligam, a alteração de carga pode ser medida. Isso permite uma detecção altamente sensível no nível de femtogramas por mililitro (fg/mL).

O estudo indica detecção com apenas 18.2 fg/mL. Para colocar em perspectiva, 1 quatrilhão de femtogramas — isto é, 1 seguido de 15 zeros — equivale a apenas 1 grama. O sensor poderia detectar 100 a 150 por mililitro, enquanto, para contextualizar, um paciente com uma infecção viral pode apresentar sintomas com 10 milhões ou 1 bilhão de cópias virais por mililitro. Alcançar essa sensibilidade pode ser desafiador, especialmente se biomarcadores indesejados também forem detectados. No entanto, as camadas externas ajudam a melhorar a seletividade do adesivo.

O hidrogel adesivo ao tecido também apresenta uma camada de hidrogel seletivamente permeável que ajuda a filtrar moléculas indesejadas. Um professor assistente de engenharia mecânica da Michigan State ajudou a desenvolver o hidrogel adesivo ao tecido e o hidrogel seletivamente permeável. A adesão robusta ao tecido também contribui para a acurácia da camada sensora.

As medições do sensor podem ser significativamente influenciadas pelo movimento dinâmico dos tecidos. Uma ligação mais robusta ao tecido permite um desempenho de detecção mais confiável, independentemente da deformação. A camada seletivamente permeável atua como uma malha em rede, permitindo que apenas moléculas de determinados tamanhos passem. Interações químicas entre a camada e os biomarcadores também podem contribuir para a seletividade.

Os pesquisadores testaram sistematicamente algumas biomoléculas de tamanho semelhante. Devido à interação entre a biomolécula e a rede polimérica ao redor, há uma seletividade aprimorada que diferencia o transporte de diferentes biomoléculas. Trabalhos futuros envolvem estudar essas diferentes interações para possivelmente projetar hidrogéis específicos que interajam com determinadas biomoléculas, a fim de mirar uma variedade de biomarcadores distintos.

Os pesquisadores testaram o adesivo não invasivo com a ajuda de um Regents' Professor do Departamento de Patogênese Microbiana e Imunologia da Faculdade de Medicina da Texas A&M. Neste caso, os pesquisadores optaram por porquinhos-da-índia porque são relativamente fáceis de manejar e compartilham várias características semelhantes às dos humanos, especialmente em relação à inflamação oral.

A proteína TNF-α é uma citocina que quase sempre está envolvida na inflamação associada a infecções de tecidos moles. O objetivo foi verificar se esse tipo de sistema permitiria detecção rápida, no local de atendimento (point-of-care). Um professor associado de odontologia da University of Michigan reconheceu a importância de detectar TNF-α na cavidade oral e ofereceu insights valiosos sobre biomarcadores e doenças dentárias.

Infecções orais podem causar problemas de saúde graves, como doença gengival e perda dentária, e podem se agravar se não forem tratadas. A capacidade de diagnosticar rapidamente infecções antes que os sintomas apareçam poderia mudar a saúde bucal de respostas reativas para uma ação antecipatória.

Os animais neste estudo foram utilizados apenas para demonstrar que o conceito funciona. Ensaios clínicos futuros em animais — e, eventualmente, em humanos — serão os próximos passos desse sistema. Estudos futuros também poderiam adaptar esse tipo de biossensor para outras partes do corpo e para diferentes biomarcadores, dada a versatilidade dos materiais utilizados.