Engenheiros do MIT usam luz em esferas para detectar rapidamente patógenos

Jongwan Lee et al.

Ao se inscrever, você concorda com nossos Termos de Uso e Políticas. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento.

Os engenheiros do MIT descobriram uma nova assinatura óptica em uma classe amplamente utilizada de esferas magnéticas, permitindo a detecção rápida de contaminantes em vários testes de diagnóstico.

Por exemplo, o seu estudo, acessível no ArXiv (aguardando revisão por pares), destacou a nova capacidade das esferas de expor rapidamente vestígios do agente patogénico de origem alimentar Salmonella.

Além do seu efeito na segurança alimentar, a inovação poderá fornecer aos médicos especialistas um método para identificar com rapidez e precisão a origem da doença numa determinada amostra.

No mundo dos diagnósticos, esperar pelos resultados dos testes pode ser frustrante e demorado. Seja um exame de sangue, uma análise de poluição da água ou uma verificação de contaminação de alimentos, o tempo de resposta geralmente depende de etapas laboriosas de processamento e análise de amostras.

Agora, os engenheiros do MIT poderão em breve revolucionar este cenário, oferecendo detecção rápida e precisa de contaminantes.

A chave para seu avanço está em uma ferramenta comercial de laboratório – esferas magnéticas microscópicas conhecidas como Dynabeads. Revestidas com anticorpos que se prendem a moléculas-alvo específicas, essas esferas têm sido essenciais em configurações experimentais há anos.

No entanto, os investigadores debateram-se com a necessidade de passos adicionais para confirmar a presença de moléculas ligadas às contas.

Conheça o poder da óptica, especificamente da espectroscopia Raman, aproveitada para detecção rápida de patógenos.

Jongwan Lee et al.

O novo estudo revelou as extraordinárias propriedades ópticas dos Dynabeads que podem acelerar o processo de confirmação. Os pesquisadores aproveitaram a dispersão única de luz, ou “assinatura Raman”, exibida por diferentes moléculas.

Após a detecção, ele fornece confirmação quase instantânea – em menos de um segundo – da presença de um patógeno alvo em uma amostra.

O foco principal da equipe foi detectar o notório contaminante alimentar Salmonella. Ao mostrar a aplicabilidade de sua técnica, os pesquisadores destacaram o potencial para identificar rapidamente patógenos bacterianos que representam riscos à saúde.

“Você poderia comprar Dynabeads com anticorpos E.coli e a mesma coisa aconteceria”, explicou a co-autora Professora Assistente Loza Tadesse, do Departamento de Engenharia Mecânica, em um comunicado à imprensa.

“Ele se ligaria à bactéria e seríamos capazes de detectar a assinatura do Dynabead porque o sinal é superforte”.

As implicações são amplas e podem impactar os diagnósticos médicos.

“Esta técnica seria útil numa situação em que um médico está a tentar diminuir a origem de uma infecção, a fim de informar melhor a prescrição de antibióticos”, disse a co-autora do estudo Marissa McDonald, estudante de pós-graduação no Programa de Saúde Harvard-MIT. Ciências e Tecnologia.

"Além disso, esperamos que esta abordagem acabe por levar à expansão do acesso a diagnósticos avançados em ambientes com recursos limitados."

Atualmente está em andamento o desenvolvimento de um dispositivo portátil que pode agilizar o processo de detecção de uma série de patógenos bacterianos.

À medida que os engenheiros do MIT iluminam um caminho mais rápido para confirmar a presença de agentes patogénicos, o panorama do diagnóstico está à beira da transformação.

Com o uso inovador da espectroscopia Raman, o tempo de espera por resultados críticos poderá em breve ser coisa do passado. À medida que a equipa continua a aperfeiçoar a sua abordagem, o mundo antecipa um futuro onde a detecção rápida e fiável será a nova norma.

O estudo completo, ainda sem revisão por pares, foi publicado no Arxiv e pode ser encontrado aqui.

Resumo do estudo:

Dynabeads são partículas superparamagnéticas usadas para purificação imunomagnética de células e biomoléculas. Pós-captura, no entanto, a identificação do alvo depende de cultura tediosa, coloração de fluorescência e/ou amplificação do alvo. A espectroscopia Raman apresenta uma alternativa de detecção rápida, mas as implementações atuais têm como alvo as próprias células com sinais Raman fracos. Apresentamos Dynabeads revestidos com anticorpos como rótulos repórter Raman fortes cujo efeito pode ser considerado um paralelo Raman de sondas imunofluorescentes. Desenvolvimentos recentes em técnicas para separar Dynabeads ligados ao alvo de Dynabeads não ligados tornam tal implementação viável. Implementamos Dynabeads anti-Salmonella para ligar e identificar Salmonella enterica, um importante patógeno de origem alimentar. Dynabeads apresentam picos de assinatura em 1000 e 1600 1/cm do estiramento CC alifático e aromático de poliestireno, e 1350 1/cm e 1600 1/cm de amida, hélice alfa e folha beta de revestimentos de anticorpos do núcleo de Fe2O3, confirmados com imagem de raios X dispersivos de elétrons (EDX). Sua assinatura Raman pode ser medida em amostras secas e líquidas, mesmo em imagens de área de ~30 x 30 micrômetros de disparo único usando 0,5 s, aquisição de laser de 7 mW com esferas únicas e agrupadas, fornecendo uma intensidade Raman 44 e 68 vezes maior em comparação com a assinatura das células. Maior teor de poliestireno e anticorpos em aglomerados produz maior intensidade de sinal e a conjugação com bactérias fortalece o agrupamento, pois uma bactéria pode se ligar a mais de uma esfera, conforme observado por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Nossas descobertas lançam luz sobre a natureza intrínseca do repórter Raman dos Dynabeads, demonstrando sua dupla função para isolamento e detecção de alvos sem preparação adicional de amostra, coloração ou engenharia de substrato plasmônico exclusivo, avançando suas aplicações em amostras heterogêneas como alimentos, água e sangue.