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Sensores inaláveis podem permitir a detecção precoce do câncer de pulmão

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Usando uma nova tecnologia desenvolvida no MIT, diagnosticar o câncer1 de pulmão2 pode se tornar tão fácil quanto inalar sensores de nanopartículas e depois fazer um teste de urina3 que revela se um tumor4 está presente, tornando o rastreio do câncer1 de pulmão2 mais acessível em todo o mundo.

O novo diagnóstico5 é baseado em nanosensores que podem ser administrados por um inalador ou nebulizador. Se os sensores encontrarem proteínas6 ligadas ao câncer1 nos pulmões7, produzem um sinal8 que se acumula na urina3, onde pode ser detectado com uma simples tira de teste de papel.

Esta abordagem poderia potencialmente substituir ou complementar o atual padrão ouro para o diagnóstico5 de câncer1 de pulmão2, a tomografia computadorizada9 (TC) de baixa dose. Isso poderia ter um impacto especialmente significativo em países de baixa e média renda que não têm ampla disponibilidade de tomógrafos computadorizados, dizem os pesquisadores.

“Em todo o mundo, o câncer1 irá se tornar cada vez mais prevalente em países de baixa e média renda. A epidemiologia do câncer1 de pulmão2 a nível mundial é que ele é impulsionado pela poluição e pelo tabagismo, por isso sabemos que estes são ambientes onde a acessibilidade a este tipo de tecnologia pode ter um grande impacto” afirma Sangeeta Bhatia Professor de Ciências da Saúde10 e Tecnologia e de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT, e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer1 do MIT e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência.

Bhatia é o autor sênior11 do artigo, que aparece na revista Science Advances. Qian Zhong, um cientista pesquisador do MIT, e Edward Tan, um ex-pós-doutorando do MIT, são os principais autores do estudo.

Leia sobre "Câncer1 de pulmão2", "Marcadores tumorais" e "Substâncias cancerígenas".

Para ajudar a diagnosticar o câncer1 de pulmão2 o mais cedo possível, a Força-Tarefa de Serviços Preventivos dos EUA recomenda que fumantes inveterados com mais de 50 anos sejam submetidos a tomografias computadorizadas anuais. No entanto, nem todos neste grupo-alvo recebem estes exames, e a elevada taxa de falsos positivos dos exames pode levar a testes invasivos e desnecessários.

Bhatia passou a última década desenvolvendo nanosensores para uso no diagnóstico5 de câncer1 e outras doenças e, neste estudo, ela e seus colegas exploraram a possibilidade de usá-los como uma alternativa mais acessível ao rastreamento por tomografia computadorizada9 para câncer1 de pulmão2.

Esses sensores consistem em nanopartículas de polímero revestidas com um reportador, como um código de barras de DNA, que é separado da partícula quando o sensor encontra enzimas chamadas proteases, que costumam ser hiperativas em tumores. Esses reportadores eventualmente se acumulam na urina3 e são excretados do corpo.

Versões anteriores dos sensores, que tinham como alvo outros locais de câncer1, como fígado12 e ovários13, foram projetadas para serem administradas por via intravenosa. Para o diagnóstico5 do câncer1 de pulmão2, os pesquisadores queriam criar uma versão que pudesse ser inalada, o que poderia facilitar a implantação em ambientes com menos recursos.

“Quando desenvolvemos esta tecnologia, o nosso objetivo era fornecer um método que pudesse detectar o câncer1 com elevada especificidade e sensibilidade, e também diminuir o limiar de acessibilidade, para que, esperançosamente, possamos melhorar a disparidade de recursos e a desigualdade na detecção precoce do câncer1 de pulmão2,” Zhong diz.

Para conseguir isso, os pesquisadores criaram duas formulações de suas partículas: uma solução que pode ser aerossolizada e administrada com um nebulizador, e um pó seco que pode ser administrado por meio de um inalador.

Assim que as partículas chegam aos pulmões7, elas são absorvidas pelo tecido14, onde encontram quaisquer proteases que possam estar presentes. As células15 humanas podem expressar centenas de proteases diferentes, e algumas delas são hiperativas em tumores, onde ajudam as células15 cancerígenas a escapar dos seus locais originais, cortando através de proteínas6 da matriz extracelular. Estas proteases cancerígenas separam os códigos de barras do DNA dos sensores, permitindo que os códigos de barras circulem na corrente sanguínea até serem excretados na urina3.

Nas versões anteriores desta tecnologia, os pesquisadores usaram espectrometria de massa para analisar a amostra de urina3 e detectar códigos de barras de DNA. No entanto, a espectrometria de massa requer equipamentos que podem não estar disponíveis em áreas com poucos recursos, por isso, para esta versão, os pesquisadores criaram um ensaio de fluxo lateral, que permite a detecção dos códigos de barras por meio de uma tira de teste de papel.

Os pesquisadores projetaram a tira para detectar até quatro códigos de barras de DNA diferentes, cada um indicando a presença de uma protease diferente. Não é necessário pré-tratamento ou processamento da amostra de urina3 e os resultados podem ser lidos cerca de 20 minutos após a obtenção da amostra.

“Estávamos realmente pressionando este ensaio para que estivesse disponível no local de atendimento em um ambiente com poucos recursos, então a ideia era não fazer nenhum processamento de amostra, não fazer nenhuma amplificação, apenas para poder colocar a amostra diretamente no papel e lê-la em 20 minutos”, diz Bhatia.

Os pesquisadores testaram seu sistema de diagnóstico5 em camundongos geneticamente modificados para desenvolver tumores pulmonares semelhantes aos observados em humanos. Os sensores foram administrados 7,5 semanas após o início da formação dos tumores, um momento que provavelmente se correlacionaria com o estágio 1 ou 2 do câncer1 em humanos.

No seu primeiro conjunto de experiências em camundongos, os pesquisadores mediram os níveis de 20 sensores diferentes concebidos para detectar diferentes proteases. Usando um algoritmo de aprendizado de máquina para analisar esses resultados, os pesquisadores identificaram uma combinação de apenas quatro sensores que deveriam fornecer resultados de diagnóstico5 precisos. Eles então testaram essa combinação no modelo de camundongo e descobriram que ela poderia detectar com precisão tumores pulmonares em estágio inicial.

Para utilização em humanos, é possível que sejam necessários mais sensores para fazer um diagnóstico5 preciso, mas isso poderia ser conseguido através da utilização de múltiplas tiras de papel, cada uma das quais detecta quatro códigos de barras de DNA diferentes, dizem os pesquisadores.

Eles agora planejam analisar amostras de biópsias16 humanas para ver se os painéis de sensores que estão usando também funcionariam para detectar cânceres humanos. A longo prazo, esperam realizar ensaios clínicos17 em pacientes humanos. Uma empresa chamada Sunbird Bio já realizou testes de fase 1 com um sensor semelhante desenvolvido pelo laboratório de Bhatia, para uso no diagnóstico5 de câncer1 de fígado12 e uma forma de hepatite18 conhecida como esteato-hepatite18 não alcoólica (EHNA).

Em partes do mundo onde o acesso à tomografia computadorizada9 é limitado, esta tecnologia poderá oferecer uma melhoria dramática no rastreio do câncer1 de pulmão2, especialmente porque os resultados podem ser obtidos durante uma única consulta.

“A ideia seria você entrar e obter uma resposta sobre se precisa ou não de um teste de acompanhamento, e poderíamos colocar pacientes com lesões19 precoces no sistema para que pudessem fazer uma cirurgia curativa ou receber medicamentos que salvam vidas”, Bhatia diz.

Veja também sobre "Enzimas - como atuam no organismo" e "Tomografia computadorizada9 - como é o exame".

Confira a seguir o resumo do artigo publicado.

Plataforma de diagnóstico5 inalável, urinário, no local de atendimento

Embora o rastreio por tomografia computorizada de baixa dose melhore a sobrevivência20 ao câncer1 de pulmão2 em grupos de risco, a desigualdade permanece no diagnóstico5 do câncer1 de pulmão2 devido ao acesso limitado e aos elevados custos da infraestrutura de imagiologia médica.

Projetou-se uma plataforma sem agulhas e sem imagens, denominada PATROL (nanosensores aerossolizáveis no local de atendimento com códigos de barras de oligonucleotídeos responsivos a tumores), para reduzir as disparidades de recursos para a detecção precoce do câncer1 de pulmão2.

PATROL formula um conjunto de nanosensores baseados em atividade (NBAs) com código de barras de DNA em um formato inalável. As proteases associadas ao câncer1 de pulmão2 clivam seletivamente os NBAs, liberando reportadores de DNA sintético que são eventualmente excretados pela urina3.

As assinaturas urinárias de nanosensores com código de barras são quantificadas em 20 minutos à temperatura ambiente usando um ensaio de fluxo lateral multiplexável em papel.

PATROL detecta tumores em estágio inicial em um modelo autóctone21 de adenocarcinoma22 pulmonar em camundongos com alta sensibilidade e especificidade. A adaptação da biblioteca de NBAs pode permitir não apenas que a plataforma modular PATROL reduza o limite de recursos para ferramentas de detecção precoce do câncer1 de pulmão2, mas também a detecção rápida de doenças e infecções23 pulmonares crônicas.

 

Fontes:
Science Advances, Vol. 10, Nº 1, em 05 de janeiro de 2024.
MIT News, notícia publicada em 05 de janeiro de 2024.

 

NEWS.MED.BR, 2024. Sensores inaláveis podem permitir a detecção precoce do câncer de pulmão. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1467042/sensores-inalaveis-podem-permitir-a-deteccao-precoce-do-cancer-de-pulmao.htm>. Acesso em: 30 mai. 2024.

Complementos

1 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
2 Pulmão: Cada um dos órgãos pareados que ocupam a cavidade torácica que tem como função a oxigenação do sangue.
3 Urina: Resíduo líquido produzido pela filtração renal no organismo, estocado na bexiga e expelido pelo ato de urinar.
4 Tumor: Termo que literalmente significa massa ou formação de tecido. É utilizado em geral para referir-se a uma formação neoplásica.
5 Diagnóstico: Determinação de uma doença a partir dos seus sinais e sintomas.
6 Proteínas: Um dos três principais nutrientes dos alimentos. Alimentos que fornecem proteína incluem carne vermelha, frango, peixe, queijos, leite, derivados do leite, ovos.
7 Pulmões: Órgãos do sistema respiratório situados na cavidade torácica e responsáveis pelas trocas gasosas entre o ambiente e o sangue. São em número de dois, possuem forma piramidal, têm consistência esponjosa e medem cerca de 25 cm de comprimento. Os pulmões humanos são divididos em segmentos denominados lobos. O pulmão esquerdo possui dois lobos e o direito possui três. Os pulmões são compostos de brônquios que se dividem em bronquíolos e alvéolos pulmonares. Nos alvéolos se dão as trocas gasosas ou hematose pulmonar entre o meio ambiente e o corpo, com a entrada de oxigênio na hemoglobina do sangue (formando a oxiemoglobina) e saída do gás carbônico ou dióxido de carbono (que vem da célula como carboemoglobina) dos capilares para o alvéolo.
8 Sinal: 1. É uma alteração percebida ou medida por outra pessoa, geralmente um profissional de saúde, sem o relato ou comunicação do paciente. Por exemplo, uma ferida. 2. Som ou gesto que indica algo, indício. 3. Dinheiro que se dá para garantir um contrato.
9 Tomografia computadorizada: Exame capaz de obter imagens em tons de cinza de “fatias” de partes do corpo ou de órgãos selecionados, as quais são geradas pelo processamento por um computador de uma sucessão de imagens de raios X de alta resolução em diversos segmentos sucessivos de partes do corpo ou de órgãos.
10 Saúde: 1. Estado de equilíbrio dinâmico entre o organismo e o seu ambiente, o qual mantém as características estruturais e funcionais do organismo dentro dos limites normais para sua forma de vida e para a sua fase do ciclo vital. 2. Estado de boa disposição física e psíquica; bem-estar. 3. Brinde, saudação que se faz bebendo à saúde de alguém. 4. Força física; robustez, vigor, energia.
11 Sênior: 1. Que é o mais velho. 2. Diz-se de desportistas que já ganharam primeiros prêmios: um piloto sênior. 3. Diz-se de profissionais experientes que já exercem, há algum tempo, determinada atividade.
12 Fígado: Órgão que transforma alimento em energia, remove álcool e toxinas do sangue e fabrica bile. A bile, produzida pelo fígado, é importante na digestão, especialmente das gorduras. Após secretada pelas células hepáticas ela é recolhida por canalículos progressivamente maiores que a levam para dois canais que se juntam na saída do fígado e a conduzem intermitentemente até o duodeno, que é a primeira porção do intestino delgado. Com esse canal biliar comum, chamado ducto hepático, comunica-se a vesícula biliar através de um canal sinuoso, chamado ducto cístico. Quando recebe esse canal de drenagem da vesícula biliar, o canal hepático comum muda de nome para colédoco. Este, ao entrar na parede do duodeno, tem um músculo circular, designado esfíncter de Oddi, que controla o seu esvaziamento para o intestino.
13 Ovários: São órgãos pares com aproximadamente 3cm de comprimento, 2cm de largura e 1,5cm de espessura cada um. Eles estão presos ao útero e à cavidade pelvina por meio de ligamentos. Na puberdade, os ovários começam a secretar os hormônios sexuais, estrógeno e progesterona. As células dos folículos maduros secretam estrógeno, enquanto o corpo lúteo produz grandes quantidades de progesterona e pouco estrógeno.
14 Tecido: Conjunto de células de características semelhantes, organizadas em estruturas complexas para cumprir uma determinada função. Exemplo de tecido: o tecido ósseo encontra-se formado por osteócitos dispostos em uma matriz mineral para cumprir funções de sustentação.
15 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
16 Biópsias: 1. Retirada de material celular ou de um fragmento de tecido de um ser vivo para determinação de um diagnóstico. 2. Exame histológico e histoquímico. 3. Por metonímia, é o próprio material retirado para exame.
17 Ensaios clínicos: Há três fases diferentes em um ensaio clínico. A Fase 1 é o primeiro teste de um tratamento em seres humanos para determinar se ele é seguro. A Fase 2 concentra-se em saber se um tratamento é eficaz. E a Fase 3 é o teste final antes da aprovação para determinar se o tratamento tem vantagens sobre os tratamentos padrões disponíveis.
18 Hepatite: Inflamação do fígado, caracterizada por coloração amarela da pele e mucosas (icterícia), dor na região superior direita do abdome, cansaço generalizado, aumento do tamanho do fígado, etc. Pode ser produzida por múltiplas causas como infecções virais, toxicidade por drogas, doenças imunológicas, etc.
19 Lesões: 1. Ato ou efeito de lesar (-se). 2. Em medicina, ferimento ou traumatismo. 3. Em patologia, qualquer alteração patológica ou traumática de um tecido, especialmente quando acarreta perda de função de uma parte do corpo. Ou também, um dos pontos de manifestação de uma doença sistêmica. 4. Em termos jurídicos, prejuízo sofrido por uma das partes contratantes que dá mais do que recebe, em virtude de erros de apreciação ou devido a elementos circunstanciais. Ou também, em direito penal, ofensa, dano à integridade física de alguém.
20 Sobrevivência: 1. Ato ou efeito de sobreviver, de continuar a viver ou a existir. 2. Característica, condição ou virtude daquele ou daquilo que subsiste a um outro. Condição ou qualidade de quem ainda vive após a morte de outra pessoa. 3. Sequência ininterrupta de algo; o que subsiste de (alguma coisa remota no tempo); continuidade, persistência, duração.
21 Autóctone: 1. Que ou quem é natural do país ou da região em que habita e descende das raças que ali sempre viveram; aborígene, indígena. 2. Que se origina da região onde é encontrado, onde se manifesta. 3. Diz-se de rocha cujos constituintes se formaram no local. 4. Na medicina, aquele ou aquilo que é formado ou originado no local onde é encontrado. 5. Na linguística, diz-se da primeira língua que se falou em um país, ou de quaisquer de suas características.
22 Adenocarcinoma: É um câncer (neoplasia maligna) que se origina em tecido glandular. O termo adenocarcinoma é derivado de “adeno”, que significa “pertencente a uma glândula” e “carcinoma”, que descreve um câncer que se desenvolveu em células epiteliais.
23 Infecções: Doença produzida pela invasão de um germe (bactéria, vírus, fungo, etc.) em um organismo superior. Como conseqüência da mesma podem ser produzidas alterações na estrutura ou funcionamento dos tecidos comprometidos, ocasionando febre, queda do estado geral, e inúmeros sintomas que dependem do tipo de germe e da reação imunológica perante o mesmo.
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