Uma equipe de pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (UFPR) desenvolveu um biossensor de baixo custo capaz de detectar anticorpos da Covid-19 em cerca de 30 minutos e com alta sensibilidade. O sistema mostrou-se promissor para produzir dispositivos portáteis e descartáveis que possam ser usados para diagnosticar a infecção por coronavírus ou, ainda, para confirmar a produção de anticorpos após a vacinação usando apenas algumas gotas de sangue.
Biossensores são sistemas que possuem um elemento biológico (neste caso, a proteína N do vírus SARS-CoV-2) responsável por interagir quimicamente com aquilo que se deseja detectar (neste caso, o anticorpo específico para esse antígeno). Quando a interação ocorre, a reação química é transformada no dispositivo em um sinal interpretável.
O biossensor desenvolvido na UFPR se baseia em uma malha de aço inoxidável revestida com um material híbrido, formado por um polímero que conduz eletricidade (o polipirrol) e nanopartículas de ouro. Nessas nanopartículas, as proteínas do vírus são imobilizadas, de modo que os anticorpos das amostras de sangue, se houver, entram em contato com os seus antígenos, reagem espontaneamente com eles e se tornam detectáveis.
Combate à pandemia
A ideia do trabalho surgiu no início da pandemia de Covid-19, quando a sociedade sentiu a necessidade imperiosa de contar com sistemas capazes de detectar tanto o vírus quanto os anticorpos gerados pela infecção. Nesse momento, os professores Dênio Souto e Marcio Vidotti, da UFPR, decidiram reunir as suas expertises em sensores e temas afins para participar desses esforços mundiais.
“De início já sabíamos que a urgência e a multidisciplinaridade do assunto aumentariam o nosso desafio”, diz Bruna M. Hryniewicz, primeira autora do artigo que reporta esta pesquisa no periódico Materials Today Chemistry. Bruna participou da pesquisa durante o seu doutorado, ainda em andamento, sob orientação do professor Vidotti, ambos do Grupo de Pesquisa em Macromoléculas e Interfaces da UFPR.
A proposta foi construir um sistema de detecção de anticorpos baseado na tese de doutorado de Ana Leticia Soares, que acabava de ser defendida pela UFPR. Com orientação dos professores Marcio Vidotti e Luis Fernando Marchesi, o trabalho resultou numa plataforma formada por um polímero condutor modificado com nanopartículas de ouro que apresentou respostas promissoras ao ser unida a diversos pares de antígenos e anticorpos.
Mais sensibilidade e seletividade
Partindo dessa plataforma, a equipe investigou algumas questões que poderiam melhorar a sensibilidade e seletividade do biossensor – parâmetros que permitem diminuir a quantidade de falsos positivos e negativos nos resultados da detecção, inclusive em pequenas quantidades de amostra.
Nesse sentido, os autores sintetizaram e caracterizaram duas morfologias de polipirrol para produzir o material híbrido, a globular e a nanotubular, e verificaram que o biossensor de nanotubos poliméricos tinha uma sensibilidade oito vezes maior para detectar os anticorpos do que o sistema com polipirrol globular.
Outro ponto importante foi a escolha do método de imobilização da proteína N nas nanopartículas. Os pesquisadores optaram por promover uma ligação covalente (ligação química baseada no compartilhamento de pares de elétrons entre os átomos envolvidos), a qual traz mais estabilidade e sensibilidade ao sistema. De fato, essa metodologia posiciona o antígeno em uma orientação na qual os sítios de interação com o anticorpo ficam disponíveis – interação que é ainda mais incentivada pelo ambiente químico favorável propiciado pelo polipirrol. “Todas essas características permitem que o biossensor apresente respostas satisfatórias de sensibilidade e seletividade”, afirma Jaqueline Volpe, também primeira autora do artigo, que participou da pesquisa durante seu mestrado, sob orientação do professor Dênio Souto, ambos do Laboratório de Espectrometria, Sensores e Biossensores.
Além da participação de docentes, pós-docs e alunos do Programa de Pós-Graduação em Química da UFPR, foi fundamental na pesquisa a colaboração de pesquisadores e médicos da UFPR e do Hospital Erasto Gaertner, de Curitiba. Esses colaboradores forneceram rapidamente a proteína N do SARS-CoV-2. Eles também conseguiram amostras de sangue de pessoas com e sem Covid-19 que tinham feito exames de PCR (a metodologia de diagnóstico considerada mais segura), as quais foram usadas para testar o desempenho do biossensor.
“Levando em consideração que o trabalho foi realizado durante o auge da pandemia, os desafios foram inúmeros, desde o acesso aos laboratórios, até a exploração de um tema de alta relevância, o qual gera maior pressão no desenvolvimento da pesquisa”, comenta Larissa Bach Toledo, coautora do artigo.
De acordo com as autoras, o biossensor desenvolvido é promissor para uso em larga escala no diagnóstico de infectados e no monitoramento de anticorpos devido ao método simples e escalável de fabricação dos eletrodos (síntese em batelada), somado ao baixo custo da matriz de aço inox e à alta sensibilidade do sistema. Contudo, para produzi-lo comercialmente, seria necessário fazer muitos mais testes de validação com amostras reais, bem como transformar o sistema em um dispositivo simples, miniaturizado e fácil de usar, no qual os resultados da detecção possam ser interpretados por qualquer pessoa.
Esta pesquisa contou com financiamento da fundação alemã Alexander von Humboldt, da UFPR por meio do edital Proind 2020 e das agências brasileiras CAPES e CNPq. O trabalho também recebeu apoio do INCTBio, do qual o professor Marcio Vidotti faz parte.
Referência do artigo científico: Development of polypyrrole (nano)structures decorated with gold nanoparticles toward immunosensing for COVID-19 serological diagnosis. B. M. Hryniewicz, J. Volpe, L. Bach-Toledo, K. C. Kurpel, A. E. Deller, A. L. Soares, J. M. Nardin, L. F. Marchesi, F. F. Simas, C. C. Oliveira, L. Huergo, D. E. P. Souto, M. Vidotti. Materials Today Chemistry. Volume 24, June 2022, 100817. https://doi.org/10.1016/j.
Contato dos autores correspondentes: denio.souto@ufpr.br e mvidotti@ufpr.br.
Armando massatoshi Miyata
Muito orgulhoso de todos os pesquisadores.