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

Pesquisadores do IFSC-USP testam a capacidade de diferentes materiais de produzir sensores para detecção do gene PCA3, que codifica um antígeno específico do câncer de próstata. Técnica também pode ser usada para diagnosticar doenças infecciosas, entre elas a COVID-19

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – 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.