Cientistas desenvolvem sensor de detecção precoce da doença de Alzheimer

Pesquisadores do SFU Nanodevice Fabrication Group estão desenvolvendo um novo biossensor que pode ser usado para rastrear a doença de Alzheimer e outras doenças. Uma visão geral de seu trabalho foi publicada recentemente na revista Natureza Comunicações.

Seu sensor funciona detectando um tipo específico de pequena proteína, neste caso uma citocina conhecida como Fator de Necrose Tumoral alfa (TNF alfa), que está envolvida com a inflamação no corpo. Níveis anormais de citocinas têm sido associados a uma ampla variedade de doenças, incluindo Alzheimer doençacânceres, doenças cardíacas, doenças autoimunes e cardiovasculares.

O TNF alfa pode atuar como um biomarcador, uma característica mensurável que indica o estado de saúde.

O COVID-19 também pode causar reações inflamatórias conhecidas como “tempestades de citocinas”, e estudos mostraram que os inibidores de citocinas são um tratamento eficaz para melhorar as chances de sobrevivência.

“Nosso objetivo é desenvolver um sensor menos invasivo, menos caro e mais simples de usar do que os métodos existentes”, diz o professor assistente de ciências da engenharia Michael Adachi, co-líder do projeto.

“Esses sensores também são pequenos e têm potencial para serem colocados em consultórios médicos para ajudar a diagnosticar diferentes doenças, incluindo o mal de Alzheimer”.

Adachi diz que há uma série de métodos estabelecidos para detectar proteínas biomarcadoras, como proteínas ligadas a enzimas ensaio imunoabsorvente (ELISA) e espectrometria de massa, mas eles têm várias desvantagens. Esses métodos existentes são caros, as amostras precisam ser enviadas para um laboratório para teste e pode levar um dia ou mais para receber os resultados.

Ele observa que seu biossensor é extremamente sensível e pode detectar TNF alfa em concentrações muito baixas (10 fM) – bem abaixo das concentrações normalmente encontradas em amostras de sangue saudáveis ​​(200–300 fM).

Os testes de triagem atuais para a doença de Alzheimer incluem um questionário para determinar se a pessoa apresenta sintomas, imagens cerebrais ou um processo de punção lombar que envolve o teste de proteínas biomarcadoras no líquido cefalorraquidiano do paciente em potencial.

A equipe concluiu o estágio de prova de conceito, provando que o sensor de diodo de dois eletrodos é eficaz na detecção de TNF alfa em um ambiente de laboratório. Eles planejam testar o biossensor em testes clínicos para garantir que seria capaz de detectar com eficácia as proteínas biomarcadoras dentro de um amostra de sangue contendo muitas proteínas interferentes diferentes e outras substâncias.

“Continuaremos testando a capacidade do dispositivo de detectar as mesmas proteínas usando fluidos corporais como amostras de sangue”, disse o Ph.D. em ciência da engenharia. estudante Hamidreza Ghanbari. “O outro objetivo é usar o mesmo dispositivo, mas um receptor diferente para detectar proteínas que são mais específicas para a doença de Alzheimer”.

Os pesquisadores também entraram com um pedido provisório de patente no Escritório de Licenciamento de Tecnologia (TLO) da SFU. O projeto leva um Abordagem interdisciplinar combinando a liderança de Adachi em Ciência da Engenharia e os professores Karen Kavanagh no Departamento de Física e Miriam Rosin em Fisiologia Biomédica e Cinesiologia (BPK).

“Precisamos ter certeza de que cada sensor é feito exatamente da mesma forma com a tolerância necessária para a concentração que estamos tentando prever ou detectar, e esse é o verdadeiro desafio”, diz Kavanagh.

Como funciona

Kavanagh diz que seu sensor depende das propriedades de um tipo de semicondutor que está sendo estudado por suas propriedades bidimensionais (2D), dissulfeto de molibdênio (MoS₂). Esse composto tem propriedades diferentes em relação aos semicondutores comuns, silício ou arsenieto de gálio (GaAs), que são muito mais usados ​​e bem compreendidos.

Thushani De Silva é um graduado do Mestrado em Ciências da Engenharia que trabalhou no projeto e enfatiza que o dispositivo é baseado em medição elétrica.

“Basicamente, temos um semicondutor na área de detecção e quando a proteína-alvo interage com o sensor, altera a saída do sinal elétrico”, explica ela. “Ao medir essa mudança, podemos medir a concentração da proteína presente nos fluidos corporais.”

A equipe usa um tipo de nanomaterial chamado de materiais bidimensionais, que são potencialmente atomicamente finos e usados ​​como camada de detecção. Sequências de DNA chamadas aptâmeros são aplicadas sobre esses materiais 2D.

Uma vez que um biomarcador proteína é introduzido na superfície do sensor, ele causa alterações mínimas nas propriedades elétricas. Ao observar a saída elétrica da camada de detecção, eles podem determinar a concentração dessas proteínas biomarcadoras em uma solução simples.