Enquanto a medicina corre para encontrar vacinas e remédios que combatam o Sars-Cov-2 e outros micro-organismos potencialmente letais, como bactérias super-resistentes, os laboratórios tecnológicos não ficam para trás. Trabalhando com circuitos elétricos, impressoras e sensores, cientistas estão desenvolvendo dispositivos capazes de identificar rapidamente e de forma barata medicamentos mais adequados a cada paciente, testes diagnósticos acessíveis por celular e ferramentas de isolamento de vírus e bactérias.
Embora todas as atenções estejam voltadas, agora, para a Covid-19, a resistência a antibióticos é considerada um problema gravíssimo pela Organização Mundial da Saúde (OMS). Todos os anos, milhares de pessoas morrem de infecções que não respondem aos medicamentos disponíveis, e um relatório da agência das Nações Unidas calcula que os óbitos por esse motivo cheguem a 10 milhões anuais até 2050.
Para tentar enfrentar esse problema, pesquisadores do Instituto de Química da Academia Polonesa de Ciências desenvolveram um dispositivo capaz de descobrir qual a combinação de antibióticos que melhor funciona para um paciente, precisando de apenas seis a 12 horas. O equipamento também busca anticorpos em milhares de amostras de uma única vez. Segundo os cientistas responsáveis, trata-se de um equipamento barato, rápido e confiável, capaz de substituir os tradicionais testes de sensibilidade microbianas, oferecendo uma chance melhor de combater doenças causadas por esses patógenos.
Liderada pelo especialista em reatores de microfluidos Piotr Garstecki, a equipe descreveu o dispositivo em um artigo publicado na revista Micromachines. De acordo com os pesquisadores, o kit de teste de suscetibilidade bacteriana usa menos reagentes que o tradicional, precisa de quantidade menor de antibióticos e é tão fácil de executar quanto o Etest, a fita plástica usada, hoje, para realizar esse diagnóstico. Os usuários também podem escolher como visualizar os resultados. Por exemplo, pelos indicadores de metabolismo das bactérias, usando corantes fluorescentes ou por meio de alterações colorimétricas.
“Queríamos testar a suscetibilidade antimicrobiana da maneira mais simples possível, não apenas para um único agente”, explica Ladislav Derzsi, um dos autores do artigo e supervisor do projeto. “Para chegar a esse novo dispositivo, combinamos várias coisas que foram descobertas de forma independente. Por exemplo, usamos técnicas padrões de litografia UV e macia — métodos muito comuns para fabricar dispositivos microfluídicos — e combinamos com impressão sem contato em uma máquina projetada especialmente para nós”, detalha.
Ao juntar as metodologias, os cientistas conseguem posicionar com precisão pequenas gotas de qualquer tipo de líquido em micropoços, buraquinhos revestidos de antígenos onde se depositam líquidos para testar uma substância alvo. No caso da pesquisa polonesa, foram adicionadas soluções antibióticas de diferentes concentrações e em combinações diversas. Esses compostos foram impressos dentro dos micropoços de maneira semelhante ao que acontece com uma impressora. “Usamos técnicas semelhantes às de impressão por jato de tinta. Mas, em vez de tinta, usamos antibióticos e os injetamos não no papel, mas em um elastômero macio. Deixamos secar lentamente, sob condições controladas. A água evapora e nos resta apenas uma quantidade muito pequena de antibiótico”, conta Derzsi.
Flexibilidade
Graças à força piezoelétrica — quando, em resposta a uma pressão mecânica, determinados cristais geram resposta elétrica —, foi possível obter quantidades muito precisas das soluções: nanolitros, picolitros e mesmo fentolitros (a inimaginável medida de mil trilionésimo ou quadrilionésimo de 1 litro). “No total, estamos usando 1.024 poços em um chip.”
O usuário precisa apenas descompactar o dispositivo, injetar uma solução bacteriana com uma pipeta simples, disponível comercialmente, e, depois, adicionar uma pequena quantidade de óleo, que divide os poços e ajuda a evitar qualquer contaminação cruzada. Em seguida, a placa deve ser colocada na incubadora e basta aguardar para ver qual é a combinação ideal de antibióticos e sua concentração. “Em outras palavras: onde as bactérias hesitam em crescer ou não crescem?”, simplifica Derzsi.
Segundo os pesquisadores, uma grande vantagem do novo sistema de teste é a flexibilidade. Pode-se produzir placas estéreis sob demanda, com diferentes antibióticos em diversas combinações. “Usamos placas com seis antibióticos únicos em oito concentrações diferentes e, para aumentar a precisão, em oito repetições cada. Também testamos combinações em pares desses seis antibióticos em várias repetições. É possível testar combinações de um número arbitrário de antibióticos, inibidores e adjuvantes diferentes em um micropoço”, conta o cientista.
De acordo com Derzsi, geralmente, os médicos não usam mais de dois antibióticos por vez para não sobrecarregar o organismo do paciente. “Com esse novo método, eles podem fazer o teste de forma personalizada. Mesmo com uma doença igual, cada pessoa tem uma resposta ligeiramente diferente ao tratamento, por causa da bioflora, da individualidade metabólica e de muitas outras coisas. Então, pode-se dizer que o novo dispositivo é um passo em direção a medicamentos mais personalizados. Mas pode ser muito útil não apenas para um paciente em particular, mas também para fins científicos, no sentido de encontrar novas combinações não óbvias de antibióticos que funcionam melhor do que as conhecidas.”
Embora o trabalho tenha sido realizado com bactérias e sua suscetibilidade a antibióticos, o método pode ser atualizado e, após testes adicionais, ser usado para imprimir os primers e fazer o exame PCR digital, identificando genes ou anticorpos específicos para vírus. Segundo os pesquisadores, os métodos microfluídicos têm uma vantagem extra: ao procurar novos medicamentos, os cientistas geralmente têm uma quantidade muito limitada de uma substância potencialmente útil. Graças à impressão sem contato, eles podem testar concentrações e combinações diferentes sem esgotar o substrato rapidamente.
"Com esse novo método, eles podem fazer o teste de forma personalizada. Mesmo com uma doença igual, cada pessoa tem uma resposta ligeiramente diferente ao tratamento, por causa da bioflora, da individualidade metabólica e de muitas outras coisas”
Ladislav Derzsi, pesquisador do Instituto de Química da Academia Polonesa de Ciências e um dos criadores