Pesquisadores desenvolveram uma nova tecnologia que pode ajudar a medir com precisão os dados de sinais elétricos fracos dentro do corpo humano para fornecer informações de diagnóstico para melhorar a assistência médica e a resposta a doenças, disseram eles. Uma equipe da Northwestern University desenvolveu um novo transistor que pode ser usado para aprimorar biossensores biocompatíveis para monitorar sinais bioquímicos, que podem ser fracos, mas fornecem informações essenciais para os médicos, disseram eles.
Embora os sensores bioquímicos atuais possam monitorar informações corporais vitais, eles geralmente produzem sinais fracos que exigem a coleta de outros dados vitais, como amostras de sangue, suor ou saliva, além de tecnologia laboratorial avançada e cara para que os médicos possam decifrá-los.
No entanto, se os médicos e outros profissionais pudessem medir com facilidade os sinais bioquímicos do corpo de forma confiável, eles poderiam criar sensores em dispositivos de pequeno porte para diagnósticos mais precisos sem equipamentos sofisticados, observou Jonathan Rivnay, professor de engenharia biomédica da McCormick School of Engineering da Northwestern.
“A extração de sinais de alta qualidade continua sendo um desafio”, reconheceu ele. “Com potência e espaço limitados dentro do corpo, é preciso encontrar maneiras de amplificar esses sinais.”
Resolvendo o Problema
Os pesquisadores desenvolveram um novo transistor feito de plástico para resolver esse problema. Eles colocaram um componente de amplificação em um sensor tradicional baseado em eletrodos e usaram essa arquitetura para desenvolver um sensor eletroquímico baseado em transistor que pode detectar e amplificar o fraco sinal bioquímico, disseram eles.
O eletrodo do dispositivo detecta o sinal, enquanto o transistor o amplifica para melhorar a comunicação. O dispositivo também tem um eletrodo de referência de película fina incorporado para tornar os sinais amplificados mais estáveis e confiáveis, disseram os pesquisadores.
“Combinamos a potência do transistor para amplificação local com a referência obtida por meio de métodos eletroquímicos bem estabelecidos”, disse Xudong Ji, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Rivnay. “É o melhor dos dois mundos, pois conseguimos medir de forma estável a ligação do aptâmero e amplificá-la no local.”
Testando os Biossensores
Depois de desenvolver a tecnologia, a equipe decidiu validar sua eficácia. Para isso, voltaram sua atenção para a citocina, um tipo de proteína de sinalização que regula a resposta imunológica e está implicada no reparo e na regeneração dos tecidos. Certas citocinas próximas a uma ferida podem ser usadas para avaliar a rapidez da cicatrização ou se há uma nova infecção que pode exigir mais intervenções médicas, disseram os pesquisadores.
Em uma série de experimentos, Rivnay e sua equipe conseguiram amplificar o sinal das citocinas em três a quatro ordens de grandeza em comparação com os métodos tradicionais de detecção de aptâmeros baseados em eletrodos, relataram em um artigo sobre sua pesquisa na revista Nature Communications.
Além disso, embora a tecnologia tenha apresentado bom desempenho em experimentos para detectar a sinalização de citocinas, ela também deve ser capaz de amplificar sinais de qualquer molécula ou produto químico, expandindo seu potencial de uso, disse Rivnay. A tecnologia poderia ser usada para detectar sinais de anticorpos, hormônios, medicamentos ou qualquer esquema de detecção que use repórteres eletroquímicos, disse ele.
“Essa abordagem é amplamente aplicável e não tem um caso de uso específico”, disse Rivnay. “A grande visão é implementar nosso conceito em biossensores implantáveis ou dispositivos vestíveis que possam detectar um problema e responder a ele.”