Pequenas esferas magnéticas produzem um sinal óptico

As descobertas apontam para uma maneira mais rápida de detectar bactérias em alimentos, água e amostras clínicas

Instituto de Tecnologia de Massachusetts

imagem: Dynabeads, que são esferas superparamagnéticas revestidas com anticorpos, serviram como um forte repórter Raman para a captura e detecção simultânea de bactérias patogênicas como a Salmonella. Esta imagem mostra as Dynabeads (esferas cinzas) interagindo com a bactéria Salmonella (em verde). A inserção mostra os anticorpos em forma de Y revestindo as Dynabeads.Veja mais

Crédito: Imagem cortesia de Loza Tadesse, Marissa McDonald, et. al.

A obtenção dos resultados de um exame de sangue pode levar de um dia a uma semana, dependendo do objetivo do teste. O mesmo se aplica aos testes de poluição da água e contaminação de alimentos. E na maioria dos casos, o tempo de espera tem a ver com etapas demoradas no processamento e análise de amostras.

Agora, os engenheiros do MIT identificaram uma nova assinatura óptica em uma classe amplamente utilizada de esferas magnéticas, que poderia ser usada para detectar rapidamente contaminantes em uma variedade de testes de diagnóstico. Por exemplo, a equipe mostrou que a assinatura poderia ser usada para detectar sinais do contaminante alimentar Salmonella.

As chamadas Dynabeads são esferas magnéticas microscópicas que podem ser revestidas com anticorpos que se ligam a moléculas alvo, como um patógeno específico. Dynabeads são normalmente usados ​​em experimentos nos quais são misturados em soluções para capturar moléculas de interesse. Mas a partir daí, os cientistas têm de tomar medidas adicionais e demoradas para confirmar que as moléculas estão realmente presentes e ligadas às esferas.

A equipe do MIT encontrou uma maneira mais rápida de confirmar a presença de patógenos ligados ao Dynabead, usando óptica, especificamente, espectroscopia Raman. Esta técnica óptica identifica moléculas específicas com base na sua “assinatura Raman”, ou na forma única como uma molécula dispersa a luz.

Os pesquisadores descobriram que Dynabeads têm uma assinatura Raman incomumente forte que pode ser facilmente detectada, muito parecida com uma etiqueta fluorescente. Eles descobriram que essa assinatura pode funcionar como um “repórter”. Se detectado, o sinal pode servir como uma confirmação rápida, em menos de uma hora, de que um patógeno alvo está de fato presente em uma determinada amostra. A equipe está atualmente trabalhando para desenvolver um dispositivo portátil para detectar rapidamente uma variedade de patógenos bacterianos, e relatou seus resultados hoje em uma edição especial do Journal of Raman Spectroscopia.

“Esta técnica seria útil numa situação em que um médico está a tentar diminuir a origem de uma infecção, a fim de informar melhor a prescrição de antibióticos, bem como para a detecção de agentes patogénicos conhecidos em alimentos e água”, diz o co-autor do estudo. Marissa McDonald, estudante de pós-graduação do Programa Harvard-MIT em Ciências e Tecnologia da Saúde. “Além disso, esperamos que esta abordagem acabe por levar à expansão do acesso a diagnósticos avançados em ambientes com recursos limitados.”

Os coautores do estudo no MIT incluem o associado de pós-doutorado Jongwan Lee; O acadêmico visitante Nikiwe Mhlanga; Cientista Pesquisador Jeon Woong Kang; Professor Tata Rohit Karnik, que também é diretor associado do Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos Abdul Latif Jameel; e Professora Assistente Loza Tadesse do Departamento de Engenharia Mecânica.

Óleo e água

Procurar células doentes e patógenos em amostras de fluidos é um exercício de paciência.

“É uma espécie de problema de agulha num palheiro”, diz Tadesse.

Os números presentes são tão pequenos que devem ser cultivados em ambientes controlados em número suficiente, e suas culturas coradas e depois estudadas ao microscópio. Todo o processo pode levar de vários dias a uma semana para produzir um resultado positivo ou negativo confiável.

Os laboratórios de Karnik e Tadesse têm desenvolvido de forma independente técnicas para acelerar várias partes do processo de teste de patógenos e tornar o processo portátil, usando Dynabeads.

Dynabeads são esferas microscópicas disponíveis comercialmente, feitas de um núcleo magnético de ferro e um invólucro de polímero que pode ser revestido com anticorpos. Os anticorpos de superfície atuam como ganchos para ligar moléculas-alvo específicas. Quando misturado com um fluido, como um frasco de sangue ou água, quaisquer moléculas presentes irão aderir às Dynabeads. Usando um ímã, os cientistas podem suavemente colocar as esferas no fundo de um frasco e filtrá-las para fora da solução. O laboratório de Karnik está investigando maneiras de separar ainda mais as esferas naquelas que estão ligadas a uma molécula alvo e naquelas que não estão. “Ainda assim, o desafio é: como saber se temos o que procuramos?” Tadesse diz.