Mudanças no padrão de emissão luminosa desse material permite a detecção de anticorpo para o vírus Sars-CoV-2. Foto: Marcos Solivan

A pandemia de Covid-19 pegou o mundo de surpresa, a doença se espalhava rapidamente enquanto autoridades e cientistas buscavam meios de combater o vírus. No Brasil, até o fechamento dessa reportagem, a doença causou, segundo números oficiais, mais de 700 mil óbitos. Apesar do cenário ter mudado com a vacinação, o período de emergência mobilizou pesquisadores para o desenvolvimento de novas ferramentas para combater o vírus, dentre elas os modos de testagem foram essenciais.

O que são biossensores?
Os biossensores podem ser entendidos como um sistema de três elementos: um bioreceptor — que pode ser um antígeno, um anticorpo, uma enzima e DNA/RNA, por exemplo —, um transdutor que converte um sinal bioquímico em um sinal mensurável e uma unidade de processamento de sinal. Quando o material de análise interage com o bioreceptor, um sinal é gerado, podendo ser representado de diferentes formas. Um dos exemplos mais famosos se trata do sensor de glicose oxidase, desenvolvido em 1962 pelos pesquisadores Clark e Lyons, que conseguia detectar a presença de glicose no sangue. Desde então, a utilização de biossensores se expandiu, sendo utilizados desde pequenas detecções de moléculas em explosivos, pesticidas e herbicidas, até a quantificação de materiais de análise médica, como pequenas proteínas, vírus e patógenos bacterianos.

Na UFPR dois grupos de cientistas se uniram na busca por um meio de testagem mais eficaz e barato, o que resultou na criação de um biossensor ótico capaz de identificar se a pessoa está infectada com o vírus. O aparelho foi desenvolvido em parceria entre o Grupo de Pesquisa de Dispositivos Nanoestruturados (DiNE), do Departamento de Física, e o Núcleo de Fixação
Biológica de Nitrogênio (NFN), do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, sendo capaz de identificar pequenas quantidades de anticorpos mostrando alta sensibilidade e reduzido risco de falsos-negativos.

O aparelho experimental detecta apenas o anticorpo, o que impede seu uso depois da vacinação em massa, mas já está sendo adaptado para detectar o vírus diretamente. Segundo o professor Emanuel Maltempi, um dos pesquisadores que atua na patente, o biossensor poderia ter sido uma vantagem para testagens mais práticas e rápidas para detectar o vírus da Covid-19 durante a pandemia. “Seria uma técnica muito barata que poderia ser usada até no consultório do médico com uma gota de sangue do dedo”, afirma.

Entenda o funcionamento do biossensor

O biossensor é formado camada à camada e tem como base o polímero semicondutor F8T2, quando este tipo de material é submetido a uma fonte de luz, ele emite um padrão também luminoso conhecido pelos cientistas, uma característica chamada fotoluminiscência. A segunda camada é formada por um biorreceptor, no caso um antígeno que é parte da proteína que forma o spike, ou espinho, que o vírus causador da Covid-19 utiliza para se ligar à celula e introduzir nela seu material genético, chamada de Domínio de Ligação de Receptores (RBD na sigla em inglês). Recebe ainda uma camada de um bloqueador de superfície, chamado BSA, e, por fim, como uma última camada, recebe o material colhido do paciente para a realização do teste.

Deposição do polímero semicondutor F8T2 no biossensor. Foto: Marcos Solivan

Quando infectado, o corpo humano produz um anticorpo que se liga ao RBD do vírus para inativar essa proteína e impedir que o vírus entre em nossas células. É este processo que será reproduzido na superfície do biossensor quando é feito o exame com o material coletado de um paciente com covid-19.

A pesquisadora Maiara de Jesus Bassi, que participou do desenvolvimento do aparelho, explica que quando acontece a ligação desse anticorpo ao RBD presente no sensor ocorre uma mudança detectável no padrão luminoso emitido pelo polímero F8T2, indicando que o paciente possui os anticorpos e portanto está infectado com o vírus. O papel do BSA é garantir que apenas esse tipo de ligação ocorra. A pesquisadora explica que a detecção ocorre por meio de um aparelho de alta precisão no laboratório, mas que no caso da fabricação de testes em massa este seria um equipamento portátil.

“O espectro de fotoluminescência do F8T2 é único e muito característico. Quando colocamos todas essas camadas em cima do F8T2 o espectro é alterado. Isso significou, depois de muitos estudos, que essa alteração era devido a ligação RBD/Anti-RBD. Ou seja, quando detectamos essa ligação significa que estamos conseguindo detectar soros humanos que tinham ou não anticorpos da covid-19”, resume a pesquisadora.

A eficácia do biossensor foi testada com o acervo de soros humanos do NFN e foi possível identificar com segurança quais continham ou não anticorpos contra o vírus da Covid-19. Para Bassi, “essa tecnologia surgiu como um princípio alternativo de detecção poderosa e versátil, com o potencial para superar muitas das limitações dos métodos tradicionais, principalmente devido à velocidade de análise e simplicidade de operação”.

Possibilidade de produção em massa é uma das vantagens do novo aparelho

Pesquisadora verifica quantidade de RBD, proteína presente no spike do vírus Sars-CoV-2, produzidos em bactérias E. coli. Foto: Marcos Solivan

Uma das principais vantagens da inovação é a simplicidade do processo de produção que consiste basicamente na deposição das camadas dos materiais em um substrato. Para a produção em massa esse processo pode acontecer com a utilização de uma impressora, produzindo rapidamente uma grande quantidade de testes. Além disso, o produto final poderia ser pequeno, utilizando pouca matéria-prima e gerando poucos resíduos.

A produção das matérias-primas também já é dominada. A pesquisadora Maritza Araújo Todo Bom, do NFN, explica que para produzir o RBD em grande quantidade é extraído a parte específica do DNA do vírus que produz essa proteína. Esse material é inserido em um plasmídeo, molécula circular de DNA que consegue se replicar de forma independente dentro de micro-organismos. Os pesquisadores então inoculam bactérias com esses plasmídeos, que passam a se reproduzir junto com elas, gerando uma grande quantidade de RBD. Depois as bactérias são rompidas e o material coletado para a utilização no biossensor.

Tecnologia poderá ser adaptada para a detecção de outras doenças

Os pesquisadores explicam que o sucesso do novo dispositivo abre caminho para que ele seja adaptado para detecção de outras infecções. Segundo Roman, “o biossensor apresentou alta sensibilidade, boa estabilidade e curto tempo de resposta, proporcionando uma perspectiva de sua aplicação para a detecção de outras doenças infecciosas causadas por uma ampla gama de vírus”. Outros projetos similares que utilizam a mesma tecnologia estão sendo desenvolvidos com foco, além das doenças virais, em doenças bacterianas e outros tipos de anticorpos.

A pesquisa também destacou o potencial de descobertas que podem surgir da interdisciplinaridade entre a área da física e da saúde “Ela nos permitiu ter uma visão mais ampla da ciência para muito além da nossa especialidade. Além disso, este trabalho chegou à sua excelência por causa da dedicação de ambas as partes em entender o outro lado e desenvolver juntos algo inovador”, ressalta Bassi.

Por Thiago Fedacz e Rodrigo Choinski
📖 Publicado originalmente na Revista Ciência UFPR (V. 6, nº 7, 2023).
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