Tecnologia de sensores imita natureza para monitorar o corpo inteiro

Os sensores permitem o monitoramento em tempo real de uma ampla gama de metabólitos. No detalhe, uma imagem espectroscópica mostra moléculas no eletrodo que acionam as reações de detecção dos metabólitos.
[Imagem: Xuanbing Cheng e Zongqi Li/Emaminejad Lab]

Sensores de saúde

As funções essenciais da vida são baseadas em um conjunto de compostos químicos chamados metabólitos, envolvidos em todos os processos naturais, incluindo a produção de energia, a regulação da atividade celular e o equilíbrio dos sistemas do corpo. Monitorar essas moléculas oferece uma visão ampla sobre a saúde, incluindo o surgimento e o estágio de muitas doenças, a resposta aos tratamentos e o funcionamento dos sistemas biológicos.

Mas estamos longe do ideal: As técnicas de mensuração dos metabólitos ainda dependem de análises de laboratório caras e demoradas, e mesmo assim só obtemos medições instantâneas de amostras isoladas, perdendo o precioso quadro dinâmico da nossa saúde.

A boa notícia é que essas limitações começam a ser superadas graças à tecnologia dos sensores, mais especificamente dos biossensores, dispositivos que medem processos bioquímicos naturais, permitindo medir de forma contínua e confiável múltiplos metabólitos de uma só vez.

Os sensores são construídos sobre eletrodos feitos de minúsculos cilindros, chamados nanotubos de carbono de parede única. Esses eletrodos funcionam como laboratórios de bioquímica em miniatura, utilizando enzimas e moléculas auxiliares, chamadas cofatores, para realizar reações que espelham os processos metabólicos do corpo. Dependendo do metabólito alvo, os sensores o detectam diretamente ou o convertem primeiro em uma forma detectável por meio de uma cadeia de reações enzimáticas intermediárias.

"Décadas de pesquisa mapearam vias metabólicas naturais que ligam metabólitos a reações enzimáticas específicas," explica o professor Sam Emaminejad, da Universidade da Califórnia de Los Angeles (EUA). "Ao adaptar enzimas e cofatores cuidadosamente selecionados para diferentes funções, nossos eletrodos replicam essas reações complexas, permitindo a detecção confiável de um conjunto muito mais amplo de metabólitos do que os sensores convencionais. A robustez vem da própria evolução - enzimas e cofatores, refinados ao longo de dezenas de milhões de anos, são altamente sensíveis, específicos e estáveis. Estamos utilizando o próprio projeto e a maquinaria molecular da natureza para rastrear os processos bioquímicos que eles sustentam."

O princípio de funcionamento dos sensores é baseado na própria biologia.
[Imagem: Xuanbing Cheng et al. - 10.1073/pnas.2425526122]

Inúmeras possibilidades

Em uma série de experimentos, os pesquisadores demonstraram a capacidade da tecnologia de medir continuamente e com alta sensibilidade um conjunto de amostras de 12 metabólitos clinicamente importantes. Foram monitorados metabólitos em amostras de suor e saliva de pacientes em tratamento para epilepsia e de indivíduos com condições semelhantes às complicações do diabetes, entre outros.

Os pesquisadores também detectaram um metabólito derivado de bactérias intestinais no cérebro que, se se acumular muito, pode causar distúrbios neurológicos. Por isso, entre tantas possibilidades, Emaminejad está particularmente entusiasmado com o potencial da tecnologia para ajudar a desvendar a conexão intestino-cérebro, uma fronteira emergente na pesquisa biomédica.

"Um grande desafio para entender como o intestino e o cérebro se influenciam é capturar as mudanças ao longo do tempo," disse ele. "Uma ferramenta que monitore metabólitos continuamente, em vez de depender de medições laboratoriais isoladas, pode ajudar a revelar essa comunicação bidirecional. Finalmente, estamos equipados para testar hipóteses importantes que careciam de dados essenciais - ajudando-nos a entender melhor como a atividade intestinal impacta a saúde geral, desde o aumento da inflamação e o impacto no bem-estar mental até a formação e progressão de doenças crônicas."