Em um estudo publicado recentemente na revista Pequena, os autores fornecem uma revisão sobre as tecnologias de micro e nanoescala que avançam no diagnóstico de doenças virais.
Estudo:Tecnologias em micro e nanoescala para diagnóstico de infecções virais. Crédito da imagem:nito / Shutterstock.com
O diagnóstico de infecções virais é amplamente dependente da capacidade de medir moléculas virais como oligonucleotídeos ou glicoproteínas em uma amostra biológica. Alguns dos métodos convencionais usados para fazer isso incluem a reação em cadeia da polimerase (PCR), imunoensaios de fase sólida (SPIs), cultura de células, e imunofluorescência.
Embora esses métodos sejam confiáveis e rápidos, eles são frequentemente associados a várias limitações, incluindo custo relativamente alto, a complexidade dos métodos, a necessidade de pessoal treinado para conduzir esses experimentos, e falta de alta precisão. Essas abordagens também são incapazes de detectar cerca de um terço das infecções virais respiratórias, gastroenterite viral, e encefalite viral.
Claramente, permanece a necessidade de tecnologias de diagnóstico de baixo custo que sejam práticas, portátil, de confiança, preciso, e permitir aplicações de ponto de atendimento (POC). O surgimento de tecnologias em micro e nanoescala ofereceu uma resolução potencial para os desafios associados aos métodos convencionais usados para o diagnóstico viral.
Algumas das principais vantagens associadas às tecnologias de micro e nanoescala incluem a miniaturização, automação, praticidade, e natureza amigável. Essas tecnologias costumam utilizar canais microfluídicos de baixo custo com uma alta proporção de superfície para volume e requisitos mínimos de volume, reduzindo assim o consumo de amostras e reagentes caros. As tecnologias em micro e nanoescala são soluções econômicas que são capazes de detectar a enorme diversidade de vírus de mamíferos conhecidos por infectar humanos.
A data, tecnologias em micro e nanoescala têm sido usadas para melhorar todos os aspectos dos processos de diagnóstico de doenças virais. Isso inclui amostragem, processamento de amostra, reconhecimento, enriquecimento, métodos de detecção.
Vários tipos de amostras obtidas do corpo humano podem ser usados para detectar moléculas virais para fins de diagnóstico. Para a maioria dos testes de laboratório, essas amostras incluem saliva, sêmen, urina, escarro, e fezes. Contudo, as amostras também podem ser coletadas quando o paciente é submetido a um procedimento cirúrgico e / ou sob anestesia, que inclui cerebrospinal, amniótico, cordão, ou líquido sinovial.
As zaragatoas com base em adesivo Microneedle (MN) têm sido utilizadas há várias décadas para fins de amostragem. Algumas vantagens associadas aos patches MN incluem alta área de superfície e a capacidade de penetrar profundamente na pele, permitindo assim a captura eficiente de vírus. Na verdade, quando usado para o diagnóstico etiológico precoce de COVID-19, altas taxas de "resultados falsos negativos" foram evitadas.
Vários tipos diferentes de dispositivos de amostragem de ar exalado para detecção de vírus também foram desenvolvidos com base em tecnologias de micro e nanoescala. Em comparação com os dispositivos de expiração anteriores que são altamente desconfortáveis, esses novos dispositivos são mais confortáveis e, portanto, podem ser usados para a detecção precoce de infecções virais respiratórias.
Entre as diferentes tecnologias de micro e nanoescala que têm sido usadas para o avanço dos métodos de detecção viral inclui tecnologias microfluídicas. O processamento de amostras microfluídicas pode detectar rapidamente patógenos virais em um ambiente dinâmico.
As tecnologias lab-on-chip equipadas com sistemas microfluídicos têm produzido resultados promissores por sua utilidade no diagnóstico de vírus. Cada canal no sistema microfluídico tem uma função específica, como preparação de amostra, mistura de reagentes, ou detecção, permitindo assim a integração de métodos de detecção convencionais em um chip miniaturizado.
Algumas vantagens associadas a este tipo de dispositivo de diagnóstico incluem requisitos mínimos de volume de amostra e versatilidade para fins clínicos e pessoais. Além disso, esses dispositivos microfluídicos também são capazes de separar quaisquer moléculas indesejadas do alvo de interesse, permitindo assim que os vírus sejam facilmente detectados no sangue, saliva, swabs nasofaríngeos, ou amostras de urina.
Como muitas amostras terão baixas concentrações de biomarcadores importantes que são usados para apoiar o diagnóstico de um vírus, técnicas precisas e confiáveis de reconhecimento e enriquecimento são essenciais. Como os vírus são organismos extremamente pequenos que podem ter entre 20 e 90 nanômetros (nm) de tamanho, é crucial que os métodos de reconhecimento e enriquecimento sejam capazes de isolar, visualizando, e diferenciar esses pequenos microrganismos de outras moléculas dentro da amostra.
Para este fim, várias nanopartículas diferentes, incluindo pontos quânticos, bem como nanopartículas metálicas e à base de carbono, têm sido usados para várias aplicações virais. Em particular, nanopartículas funcionalizadas que foram conjugadas com biomoléculas como ácidos nucleicos, anticorpos, ou proteínas aumentaram a especificidade das técnicas de amplificação por detecção de vírus, mesmo quando presente em concentrações muito baixas.
Várias técnicas de detecção baseadas em tecnologias de micro e nanoescala foram desenvolvidas em um esforço para melhorar a sensibilidade, relação custo-benefício, e facilidade de uso em comparação aos métodos de detecção convencionais.
Técnicas baseadas em nanopartículas, por exemplo, frequentemente utilizam nanopartículas metálicas e não metálicas como resultado de sua utilidade na detecção de doenças infecciosas. Algumas das nanopartículas metálicas mais comuns que têm sido usadas para esta finalidade incluem ouro, prata, óxido de ferro, óxido de zinco, e nanopartículas de dióxido de titânio.
Várias técnicas baseadas em microchip também foram empregadas para a detecção de vírus. Sensores ópticos, sensores eletrônicos, eletromagnético, biossensores piezoelétricos, e biossensores de microarray de ácido desoxirribonucleico (DNA) são algumas das diferentes tecnologias que foram acopladas a plataformas em um chip para miniaturizar os métodos de diagnóstico.
Alguns dos diferentes métodos que têm sido empregados para produzir dispositivos microfluídicos fáceis de usar e de baixo custo incluem microusinagem, moagem de controle numérico computadorizado, litografia suave, e dióxido de carbono (CO 2 ) corte a laser.
Métodos de impressão bidimensional (2D) e tridimensional (3D) também têm sido usados para acelerar a produção de vários dispositivos de diagnóstico viral. Mais importante, A impressão 3D pode ser combinada com outros métodos de fabricação convencionais, como usinagem, moagem, e litografia, em um esforço para fabricar dispositivos complexos.
Métodos de fabricação adicionais que foram discutidos por sua utilidade na produção de sistemas em micro e nanoescala para fins de diagnóstico viral incluem impressão de tela, xurografia, e placa de circuito impresso do laboratório (PCB).
Geral, tanto as micro quanto as nanotecnologias têm papéis cada vez mais crescentes nos processos de diagnóstico viral. A validação clínica e a otimização dessas tecnologias ainda são necessárias para avançar sua incorporação tanto na pesquisa quanto nas aplicações clínicas.
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