Novo teste de diagnóstico é 1.000 vezes mais sensível que os testes convencionais

Dec 11, 2023

Quando Srikanth Singamaneni e Guy Genin, ambos professores de engenharia mecânica e ciência de materiais na McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis, estabeleceram uma nova colaboração com pesquisadores da School of Medicine no final de 2019, eles não sabiam o cenário da pesquisa de doenças infecciosas estava prestes a mudar drasticamente. Em uma sala de conferências com vista para o Forest Park em um belo dia de outono, a equipe tinha um objetivo em mente: enfrentar o maior problema de doenças infecciosas que o mundo enfrentava naquele momento.

"Srikanth e eu tínhamos uma visão de uma ferramenta de diagnóstico simples e quantitativa, então nos conectamos com médicos de doenças infecciosas aqui na WashU e perguntamos a eles: 'Quais são as perguntas mais importantes que poderiam ser respondidas se você pudesse obter informações realmente detalhadas de forma barata no ponto de atendimento?'", disse Genin, o Harold e Kathleen Faught Professor de Engenharia Mecânica. "Greg Storch nos disse que um dos desafios mais importantes enfrentados no campo das doenças infecciosas é encontrar uma maneira de descobrir rapidamente se um paciente tem uma infecção bacteriana e deve receber antibióticos ou se tem uma infecção viral, para a qual os antibióticos não serão eficazes. ."

Storch, MD, Professora de Pediatria Ruth L. Siteman na Escola de Medicina, estava interessada em doenças que afetam a maioria das pessoas regularmente - resfriados, infecções na garganta ou gripe - mas que não estavam recebendo tanta atenção de pesquisa quanto doenças mais raras. "Mesmo com grandes avanços no diagnóstico de doenças infecciosas, ainda existe um nicho para testes simples, rápidos e sensíveis", disse Storch. "Seria especialmente poderoso se pudessem fornecer informações quantitativas. Testes com essas características poderiam ser empregados em laboratórios sofisticados ou em campo."

Com base em seus anos de experiência no desenvolvimento de nanomateriais para aplicações em biologia e medicina, Singamaneni, o professor Lilyan & E. Lisle Hughes, procurou superar essas limitações em testes de diagnóstico no local de atendimento. Singamaneni e seu laboratório desenvolveram nanorótulos fluorescentes ultrabrilhantes chamados plasmonic-fluors, que podem ser rapidamente integrados em uma plataforma de teste comum, o ensaio de fluxo lateral (LFA).

Os LFAs aprimorados com plasmon (p-LFAs) melhoram os testes rápidos baratos e prontamente disponíveis para os níveis de sensibilidade exigidos pelos médicos para a confiança nos resultados dos testes sem a necessidade de confirmação baseada em laboratório.

De acordo com as descobertas publicadas em 2 de fevereiro na Nature Biomedical Engineering, os p-LFAs da equipe são 1.000 vezes mais sensíveis do que os LFAs convencionais, que mostram os resultados por meio de uma cor visual e um sinal de fluorescência na tira. Quando analisados ​​usando um scanner de fluorescência, os p-LFAs também são substancialmente mais rápidos do que os testes de laboratório padrão-ouro, retornando resultados em apenas 20 minutos em vez de várias horas, com sensibilidade comparável ou aprimorada. Os p-LFAs podem detectar e quantificar as concentrações de proteínas, permitindo-lhes detectar infecções bacterianas e virais, bem como marcadores de inflamação que apontam para outras doenças.

"Plasmonic-fluors são compostos de nanopartículas de metal que servem como antenas para atrair a luz e aumentar a emissão de fluorescência de fluoróforos moleculares, tornando-se assim uma nanopartícula ultrabrilhante", explicou Singamaneni. "Nossos p-LFAs podem captar até mesmo concentrações muito pequenas de anticorpos e antígenos, marcadores típicos de infecção, e fornecer aos médicos resultados claros e rápidos sem a necessidade de equipamento especializado. Para testes quantitativos além da triagem inicial, a mesma tira de LFA pode ser escaneado com um leitor de fluorescência, permitindo a detecção colorimétrica e fluorométrica rápida e ultrassensível de marcadores de doenças com apenas um teste."

"É como aumentar o volume em tiras de teste de mudança de cor padrão. Em vez de obter uma linha tênue indicando apenas um resultado positivo ou negativo, os novos p-LFAs fornecem resultados mais claros com menos partículas, permitindo que se passe de simplesmente 'sim ou não?' para exatamente 'quanto?' com a ajuda de um scanner portátil barato", disse Jeremiah Morrissey, professor pesquisador em anestesiologia na Divisão de Pesquisa Clínica e Translacional da Faculdade de Medicina. Morrissey é coautor do novo estudo e colaborador de longa data do laboratório Singamaneni.