Pesquisadores do Universidade da Califórnia, Riversidedesenvolveram uma ferramenta de diagnóstico baseada em nanoporos capaz de detectar doenças com mais rapidez e precisão, analisando sinais de moléculas individuais. O estudo foi publicado em Natureza Nanotecnologia.
As moléculas visadas pela ferramenta, como DNA ou proteínas específicas, são extremamente pequenas – cerca de um bilionésimo de metro – produzindo sinais elétricos fracos que requerem detecção especializada.
Neste momento, são necessários milhões de moléculas para detectar doenças. Estamos mostrando que é possível obter dados úteis a partir de apenas uma molécula. Este nível de sensibilidade pode fazer uma diferença actual no diagnóstico de doenças.
Kevin Freedman, professor assistente e autor principal do estudo, Universidade da Califórnia, Riverside
O laboratório de Freedman se concentra no desenvolvimento de detectores eletrônicos que imitam o comportamento dos neurônios, incluindo a capacidade de “lembrar” moléculas previamente detectadas pelo sensor. Para conseguir isso, os pesquisadores projetaram um novo modelo de circuito que leva em conta variações sutis no comportamento do sensor.
No centro deste sistema está um nanoporo, um orifício microscópico através do qual as moléculas passam uma de cada vez. O circuito é carregado com sais que se dissociam em íons junto com amostras biológicas. Quando moléculas de DNA ou proteínas passam pelo nanoporo, elas reduzem o fluxo de íons, gerando um sinal elétrico mensurável.
Nosso detector mede a redução no fluxo causada pela passagem de uma proteína ou pedaço de DNA e bloqueando a passagem de íons.
Kevin Freedman, professor assistente e autor principal do estudo, Universidade da Califórnia, Riverside
Freedman explicou que o sistema deve levar em conta a possibilidade de algumas moléculas passarem despercebidas ao passarem pelo nanoporo. O nanoporo também atua como um filtro, reduzindo o ruído de fundo de moléculas não relacionadas que poderiam obscurecer sinais importantes.
Ao contrário dos sensores convencionais, que requerem filtros externos que podem remover inadvertidamente dados críticos, a abordagem de Freedman preserva o sinal de cada molécula, aumentando a precisão do diagnóstico.
Freedman imagina o dispositivo como a base para uma ferramenta de diagnóstico compacta e portátil – potencialmente do tamanho de uma unidade USB – capaz de detectar infecções dentro de 24 a 48 horas, em comparação com os dias que os testes atuais geralmente exigem. Essa detecção rápida poderia permitir uma intervenção mais precoce em doenças que se espalham rapidamente.
Os nanoporos oferecem uma maneira de detectar infecções mais cedo, antes que os sintomas apareçam e antes que a doença se espalhe. Esse tipo de ferramenta pode tornar o diagnóstico precoce muito mais prático tanto para infecções virais quanto para doenças crônicas.
Kevin Freedman, professor assistente e autor principal do estudo, Universidade da Califórnia, Riverside
Além do diagnóstico, a ferramenta tem aplicações na pesquisa de proteínas. As proteínas são componentes celulares essenciais; mesmo pequenas mudanças estruturais podem afetar a saúde. As ferramentas de diagnóstico atuais lutam para diferenciar proteínas semelhantes, mas a capacidade do nanoporo de detectar pequenas diferenças pode apoiar o desenvolvimento de tratamentos mais direcionados.
A tecnologia também avança o objetivo do sequenciamento de proteínas de molécula única, que fornece insights sobre a expressão e mudanças genéticas em tempo actual. Isto poderia levar à detecção precoce de doenças e a tratamentos personalizados adaptados a pacientes individuais.
“Há um grande impulso no desenvolvimento do sequenciamento de proteínas porque ele nos dará insights que não podemos obter apenas com o DNA. Os nanoporos nos permitem estudar proteínas de maneiras que não eram possíveis antes,— disse Freedman.
Os nanoporos são o foco de uma bolsa de pesquisa concedida a Freedman pelo Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, apoiando o trabalho de sua equipe no sequenciamento de proteínas individuais. Este estudo baseia-se na pesquisa anterior de Freedman sobre o aprimoramento da tecnologia de nanoporos para detecção de moléculas, vírus e outras entidades em nanoescala. Ele vê esses desenvolvimentos como um potencial catalisador para avanços na pesquisa biológica e no diagnóstico molecular.
Freedman disse: “Ainda há muito a aprender sobre as moléculas que impulsionam a saúde e a doença. Esta ferramenta nos aproxima um passo da medicina personalizada.”
Freedman prevê que a tecnologia nanopore se tornará um recurso padrão em ferramentas médicas e de pesquisa. À medida que estes dispositivos se tornam mais acessíveis e económicos, poderão ser integrados em kits de diagnóstico de rotina para clínicas ou para uso doméstico.
Ele disse: “Estou confiante de que os nanoporos farão parte da vida cotidiana. Esta descoberta pode mudar a forma como iremos usá-los daqui para frente.”
Referência do periódico:
Farajpour, N., e outros. (2025) Capacitância de memória negativa e efeitos de filtragem iônica em nanoporos assimétricos. Nanotecnologia da Natureza. doi.org/10.1038/s41565-024-01829-5.