Pesquisa do IPEN pode simplificar diagnósticos laboratoriais
Microusinagem desenvolvida no Centro de Lasers e Aplicações (CLA), capaz de processar materiais com lasers de pulsos ultracurtos, viabilizará a produção e utilização de circuitos microfluídicos com aplicações de grande interesse para Brasil. Uma delas é o lab-on-a-chip (LOC), dispositivo que integra funções de laboratório em um único chip e promete revolucionar a instrumentação analítica na medicina.
Pesquisadores do Centro de Lasers e Aplicações (CLA/IPEN) estão desenvolvendo uma tecnologia capaz de processar materiais com lasers de pulsos ultracurtos e, a partir dela, viabilizar a produção e a utilização de circuitos microfluídicos com aplicações de grande interesse para o Brasil. Entre as possibilidades, uma promete revolucionar a instrumentação analítica na medicina: é olab-on-a-chip(LOC), dispositivo que integra uma ou várias funções de laboratórios em um único chip.
Operacionalmente, o LOC caracteriza-se pelo manuseio de volumes de fluido extremamente baixos para menos de picolitros (10-15de litros). Os fluidos são transportados e manipulados através de microcanais (circuitos microfluídicos), possibilitando a integração de processos químicos e bioquímicos em microssistemas de análises automatizados, simplificando e agilizando diagnósticos médicos, além de auxiliar no estudo de processos celulares complexos.
O que vai possibilitar essa e outras aplicações é justamente a capacidade de microusinagem a ser desenvolvida no âmbito do projeto Temático Multiusuário "Microusinagem com laser de pulsos ultracurtos aplicada na produção e controle de circuitos optofluídicos”, coordenado pelo pesquisador Wagner de Rossi, do CLA.
De acordo com Wagner, foi aprovado na Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) o custo de aproximadamente R$ 2,8 milhões, além de recursos orçamentários do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), por meio do CNPq e da CNEN.
Parte dos recursos será destinada à aquisição de uma Estação de trabalho para microusinagem com laser de femtossegundos e de um Sistema Microfluídico Completo, dois equipamentos multiusuários, isto é, disponíveis para pesquisadores de outras instituições estaduais que atuem nesse campo, além do próprio IPEN.
"O projeto visa, primeiro, desenvolver a capacidade de microusinagem, isto é, de produzir estruturas da ordem de microns em qualquer tipo de material. Isso já demanda uma pesquisa. Após o processo desenvolvido, vamos construir circuitos microfluídicos, integrar componentes ópticos a eles, e vamos aplicá-los”, explica Wagner.
Segundo ele, a ideia é produzir circuitos opto-microfluídicos dedicados à produção de ensaios imunológicos, à produção de radiofármacos, começando pelo18FDG (2-flúor-2-deoxi-D-glicose), e diversos outros. "Portanto, é um projeto completo, que vai desde a pesquisa básica fundamental até os aplicativos”, acrescenta.
Otimização
O18FDG é a substância fundamental para a tomografia PET (do inglêsPositron Emission Tomography), atualmente o método mais moderno para a detecção de cânceres e outras doenças. O IPEN foi pioneiro na produção desse radiofármaco, mas o processo completo de síntese tal como é feito hoje, envolvendo 16 etapas, poderá ser otimizado se realizado em circuitos microfluídicos, segundo Wagner.
"O que nós estamos propondo é desenvolver um circuito completo para esta finalidade. O Centro de Radiofarmácia vai fornecer todos os insumos e será responsável pelo controle e análise dos resultados obtidos. O objetivo é a produção mais adequada às necessidades da meia-vida do18FDG”, afirma o pesquisador, salientando que a intenção inicial com o18FDG é demonstrar e otimizar o processo usando microfluídica. "A produção em escala comercial ou não é uma questão para o futuro”.
"Será um grande salto para o IPEN. Porque nós vamos construir um circuito microfluídico para produzir18FDG com uma eficiência consideravelmente maior do que temos hoje. Nessa proposta, estamos falando de controle de nanolitros (10-9de litros). Para o IPEN, esse é o foco”, acrescenta o físico Anderson Zanardi de Freitas, também pesquisador do CLA. Ele coordena a parte do projeto que utiliza a técnica de tomografia por coerência óptica (OCT, deOptical Coherence Tomography) para a caracterização dos circuitos.
"Nós utilizamos a OCT para reconstruir o sistema em 3D, de forma tomográfica (não superficial), e então conseguimos medir suas dimensões físicas, calcular o volume, além de caracterizar o tipo de regime do microfluído (capilar ou turbulento), e essas informações são importantes para desenvolvimento do microcircuito, ver quanto de solvente ou quanto de reação teremos ali. Saber medir com a técnica de OCT as dimensões físicas e o volume é importante como feedback no processo de microusinagem”, diz Anderson.
Outra aplicação social importante é o desenvolvimento de uma plataforma ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) para diagnóstico de toxoplasmose. O princípio do teste padrão consiste em um ensaio imuno-enzimático que usa anticorpos específicos para detectar antígenos/anticorpos em uma amostra. O anticorpo é visualizado pelo acoplamento da enzima, e leva-se horas para o processamento. Um arranjo microfluídico vai reduzir esse tempo e o consumo de reagentes, e ainda fornecerá uma plataforma ELISA de dimensões bastante reduzidas. "O arranjo produzido será validado através do teste ELISA padrão", acrescenta Wagner.
Diagnóstico imediato
O processamento de amostras em chips pode ser adaptado para utilização em conjunto com smartphones, ampliando a gama de aplicações e possibilitando levar testes laboratoriais aos recantos mais remotos do País. Funciona assim: os fluidos (amostra) vão para o microchip, onde ocorre uma reação (tipicamente físico-química) possibilitando um diagnóstico imediato. Para análises mais complexas, o resultado dessa reação gera sinal elétrico, que é enviado por celular conectado à internet a um centro de referência para análise e diagnóstico. Daí é que vem o termolab-on-a-chip.
O projeto tem vigência até 2018 e conta também com estudantes de pós-graduação orientados por pesquisadores do CLA. A ideia é estimular as pesquisas na área e, ao mesmo tempo, formar pessoal.
Você também pode conferir essa e outras matérias no Órbita On-Line:http://issuu.com/anapaula.freire/docs/orbita_nov_dez
Operacionalmente, o LOC caracteriza-se pelo manuseio de volumes de fluido extremamente baixos para menos de picolitros (10-15de litros). Os fluidos são transportados e manipulados através de microcanais (circuitos microfluídicos), possibilitando a integração de processos químicos e bioquímicos em microssistemas de análises automatizados, simplificando e agilizando diagnósticos médicos, além de auxiliar no estudo de processos celulares complexos.
O que vai possibilitar essa e outras aplicações é justamente a capacidade de microusinagem a ser desenvolvida no âmbito do projeto Temático Multiusuário "Microusinagem com laser de pulsos ultracurtos aplicada na produção e controle de circuitos optofluídicos”, coordenado pelo pesquisador Wagner de Rossi, do CLA.
De acordo com Wagner, foi aprovado na Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) o custo de aproximadamente R$ 2,8 milhões, além de recursos orçamentários do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), por meio do CNPq e da CNEN.
Parte dos recursos será destinada à aquisição de uma Estação de trabalho para microusinagem com laser de femtossegundos e de um Sistema Microfluídico Completo, dois equipamentos multiusuários, isto é, disponíveis para pesquisadores de outras instituições estaduais que atuem nesse campo, além do próprio IPEN.
"O projeto visa, primeiro, desenvolver a capacidade de microusinagem, isto é, de produzir estruturas da ordem de microns em qualquer tipo de material. Isso já demanda uma pesquisa. Após o processo desenvolvido, vamos construir circuitos microfluídicos, integrar componentes ópticos a eles, e vamos aplicá-los”, explica Wagner.
Segundo ele, a ideia é produzir circuitos opto-microfluídicos dedicados à produção de ensaios imunológicos, à produção de radiofármacos, começando pelo18FDG (2-flúor-2-deoxi-D-glicose), e diversos outros. "Portanto, é um projeto completo, que vai desde a pesquisa básica fundamental até os aplicativos”, acrescenta.
Otimização
O18FDG é a substância fundamental para a tomografia PET (do inglêsPositron Emission Tomography), atualmente o método mais moderno para a detecção de cânceres e outras doenças. O IPEN foi pioneiro na produção desse radiofármaco, mas o processo completo de síntese tal como é feito hoje, envolvendo 16 etapas, poderá ser otimizado se realizado em circuitos microfluídicos, segundo Wagner.
"O que nós estamos propondo é desenvolver um circuito completo para esta finalidade. O Centro de Radiofarmácia vai fornecer todos os insumos e será responsável pelo controle e análise dos resultados obtidos. O objetivo é a produção mais adequada às necessidades da meia-vida do18FDG”, afirma o pesquisador, salientando que a intenção inicial com o18FDG é demonstrar e otimizar o processo usando microfluídica. "A produção em escala comercial ou não é uma questão para o futuro”.
"Será um grande salto para o IPEN. Porque nós vamos construir um circuito microfluídico para produzir18FDG com uma eficiência consideravelmente maior do que temos hoje. Nessa proposta, estamos falando de controle de nanolitros (10-9de litros). Para o IPEN, esse é o foco”, acrescenta o físico Anderson Zanardi de Freitas, também pesquisador do CLA. Ele coordena a parte do projeto que utiliza a técnica de tomografia por coerência óptica (OCT, deOptical Coherence Tomography) para a caracterização dos circuitos.
"Nós utilizamos a OCT para reconstruir o sistema em 3D, de forma tomográfica (não superficial), e então conseguimos medir suas dimensões físicas, calcular o volume, além de caracterizar o tipo de regime do microfluído (capilar ou turbulento), e essas informações são importantes para desenvolvimento do microcircuito, ver quanto de solvente ou quanto de reação teremos ali. Saber medir com a técnica de OCT as dimensões físicas e o volume é importante como feedback no processo de microusinagem”, diz Anderson.
Outra aplicação social importante é o desenvolvimento de uma plataforma ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) para diagnóstico de toxoplasmose. O princípio do teste padrão consiste em um ensaio imuno-enzimático que usa anticorpos específicos para detectar antígenos/anticorpos em uma amostra. O anticorpo é visualizado pelo acoplamento da enzima, e leva-se horas para o processamento. Um arranjo microfluídico vai reduzir esse tempo e o consumo de reagentes, e ainda fornecerá uma plataforma ELISA de dimensões bastante reduzidas. "O arranjo produzido será validado através do teste ELISA padrão", acrescenta Wagner.
Diagnóstico imediato
O processamento de amostras em chips pode ser adaptado para utilização em conjunto com smartphones, ampliando a gama de aplicações e possibilitando levar testes laboratoriais aos recantos mais remotos do País. Funciona assim: os fluidos (amostra) vão para o microchip, onde ocorre uma reação (tipicamente físico-química) possibilitando um diagnóstico imediato. Para análises mais complexas, o resultado dessa reação gera sinal elétrico, que é enviado por celular conectado à internet a um centro de referência para análise e diagnóstico. Daí é que vem o termolab-on-a-chip.
O projeto tem vigência até 2018 e conta também com estudantes de pós-graduação orientados por pesquisadores do CLA. A ideia é estimular as pesquisas na área e, ao mesmo tempo, formar pessoal.
Você também pode conferir essa e outras matérias no Órbita On-Line:http://issuu.com/anapaula.freire/docs/orbita_nov_dez
