Estudo pode ajudar a desenvolver biossensores para diagnóstico não invasivo de doenças

A eficácia dos biossensores utilizados em exames clínicos depende criticamente da superfície do dispositivo, na qual são imobilizadas as moléculas de biorreconhecimento. Tal superfície pode ser ajustada e às vezes controlada utilizando-se como matriz monocamadas moleculares auto-organizadas. Essas monocamadas são filmes compostos por moléculas orgânicas que se organizam espontaneamente, em condições adequadas, sobre superfícies metálicas por meio de ligações químicas entre o átomo de enxofre e o metal.

Um estudo conduzido no Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP) comparou o desempenho de dois tipos de monocamadas auto-organizadas: uma formada por ácido mercaptoacético (AMA) em água e etanol e a outra por ácido 11-mercaptoundecanoico (11-AMU) em etanol. Os respectivos filmes foram avaliados quanto à sua capacidade de produzir sensores para detecção do gene PCA3, que codifica um antígeno específico do câncer de próstata.

“Nós mostramos que a imobilização eficiente de uma fita simples de DNA para detectar o gene PCA3 pode ser alcançada mesmo em monocamadas menos organizadas, desde que os grupos terminais sejam ionizados”, diz à Agência FAPESP o pesquisador Paulo Augusto Raymundo Pereira, principal autor do estudo.

Artigo a respeito foi publicado em The Journal of Physical Chemistry C.

A pesquisa recebeu apoio da FAPESP por meio de bolsa de pós-doutorado concedida a Raymundo-Pereira, bem como de bolsa e auxílio regular concedidos a outros participantes. Também houve financiamento por meio do Projeto Temático “Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico”, coordenado por Osvaldo Novais de Oliveira Junior, supervisor de Raymundo-Pereira.

“O estudo evidenciou que as diferenças no desempenho dos biossensores fabricados com filmes de AMA e 11-AMU não se devem apenas à organização das monocamadas. A ionização de grupos carboxilato é importante. Por isso, é necessário conhecer as condições adequadas para a formação do filme com essas características”, informa Raymundo-Pereira.

Uma vez que a molécula de AMA tem-se mostrado promissora para matrizes de biossensores, a comparação entre as diferentes condições de preparação, investigada no estudo em pauta, pode contribuir para obtenção de filmes de alta qualidade. “Tal conhecimento pode contribuir para a construção de outros tipos de matrizes preparadas com monocamadas. É algo que está disponibilizado agora para qualquer pesquisador. Como resultado colateral, em nosso próprio grupo, foi criado outro biossensor para a detecção da COVID-19”, comenta Raymundo-Pereira.

O pesquisador enfatiza a importância da construção de biossensores não invasivos – ainda mais agora, quando o isolamento social imposto pela pandemia pôs em relevo a telemedicina. “No diagnóstico e monitoramento da evolução do câncer de próstata, que foi nossa prova de conceito, o procedimento-padrão é quantificar a concentração do antígeno prostático específico ou PSA. Para isso, é necessário colher amostra de sangue do paciente, que é um procedimento invasivo. E o resultado nem sempre é conclusivo, pois há uma alta porcentagem de falsos positivos com elevados níveis de concentração de PSA que podem estar associados a inflamação da próstata, por exemplo. Neste caso, a recomendação médica é a biópsia, que é mais invasiva ainda. Já o antígeno codificado pelo gene PCA3 pode ser detectado na urina, por qualquer pessoa, com o uso de um biossensor que eventualmente será vendido em farmácia”, afirma.

Segundo Oliveira Junior, “as duas contribuições do trabalho estão relacionadas a um diagnóstico mais preciso do câncer de próstata e à possibilidade de substituir técnicas de detecção como a PCR (do inglês polymerase chain reaction), o que é essencial não só para diagnóstico de câncer como de outras doenças, incluindo a COVID-19”.

Além do grupo do IFSC-USP, o estudo envolveu pesquisadores do Laboratório Nacional de Nanofabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (LNNano-CNPEM), do Hospital de Amor de Barretos (anteriormente conhecido como Hospital de Câncer de Barretos) e do Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe, de Curitiba (PR).

O artigo Influence of the molecular orientation and ionization of self-assembled monolayers in biosensors: application to genosensors of prostate cancer antigen 3 pode ser acessado em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c09055

Por José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – (foto: Paulo A. Raymundo Pereira/IFSC-USP)