Engenheiros do MIT e da Universidade de Harvard desenvolveram uma nova máscara facial que pode diagnosticar o usuário com Covid-19 em cerca de 90 minutos. As máscaras são incorporadas a minúsculos sensores descartáveis que podem ser colocados em outras máscaras faciais e também podem ser adaptados para detectar outros vírus.
Os sensores são baseados em maquinário celular liofilizado que a equipe de pesquisa desenvolveu anteriormente para uso em diagnósticos de papel para vírus como Ebola e Zika. Em um novo estudo, os pesquisadores mostraram que os sensores podem ser incorporados não apenas em máscaras faciais, mas também em roupas, como jalecos, potencialmente oferecendo uma nova maneira de monitorar a exposição dos profissionais de saúde a uma variedade de patógenos ou outras ameaças.
“Demonstramos que podemos liofilizar uma ampla gama de sensores de biologia sintética para detectar ácidos nucléicos virais ou bacterianos, bem como produtos químicos tóxicos, incluindo toxinas nervosas. Prevemos que esta plataforma pode permitir biossensores vestíveis de próxima geração para socorristas, pessoal de saúde e pessoal militar “, disse James Collins, o professor Termeer de Engenharia Médica e Ciência no Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES) e Departamento do MIT de Engenharia Biológica e o autor sênior do estudo.
Os sensores da máscara facial são projetados de forma que possam ser ativados pelo usuário quando estiver pronto para realizar o teste, e os resultados são exibidos apenas na parte interna da máscara, para privacidade do usuário.
Peter Nguyen, um cientista pesquisador do Wyss Institute for Biological Inspired Engineering da Harvard University, e Luis Soenksen, um Venture Builder na Clínica Abdul Latif Jameel do MIT para Aprendizado de Máquina em Saúde e ex-pós-doutorado no Wyss Institute, são os principais autores do artigo , que aparece hoje na Nature Biotechnology .
Sensores vestíveis
Os novos sensores vestíveis e máscara facial de diagnóstico são baseados na tecnologia que Collins começou a desenvolver há vários anos. Em 2014, ele mostrou que proteínas e ácidos nucléicos necessários para criar redes de genes sintéticos que reagem a moléculas-alvo específicas poderiam ser incorporados ao papel, e ele usou essa abordagem para criar diagnósticos de papel para os vírus Ebola e Zika . Em trabalho com o laboratório de Feng Zhang em 2017, Collins desenvolveu outro sistema de sensor livre de células, conhecido como SHERLOCK , que é baseado em enzimas CRISPR e permite a detecção altamente sensível de ácidos nucléicos.
Esses componentes do circuito livre de células são liofilizados e permanecem estáveis por muitos meses, até serem reidratados. Quando ativados pela água, eles podem interagir com sua molécula alvo, que pode ser qualquer sequência de RNA ou DNA, bem como outros tipos de moléculas, e produzir um sinal, como uma mudança na cor.
Mais recentemente, Collins e seus colegas começaram a trabalhar na incorporação desses sensores em têxteis, com o objetivo de criar um jaleco para profissionais de saúde ou outras pessoas com potencial exposição a patógenos.
Primeiro, Soenksen fez uma triagem de centenas de tipos diferentes de tecido, de algodão e poliéster a lã e seda, para descobrir quais seriam compatíveis com esse tipo de sensor. “Acabamos identificando um casal muito utilizado na indústria da moda para confeccionar peças de vestuário”, afirma. “O que era melhor era uma combinação de poliéster e outras fibras sintéticas.”
Para fazer sensores vestíveis, os pesquisadores embutiram seus componentes liofilizados em uma pequena seção deste tecido sintético, onde são circundados por um anel de elastômero de silicone. Esta compartimentalização evita que a amostra evapore ou se espalhe para longe do sensor. Para demonstrar a tecnologia, os pesquisadores criaram uma jaqueta embutida com cerca de 30 desses sensores.
Eles mostraram que um pequeno respingo de líquido contendo partículas virais, simulando a exposição a um paciente infectado, pode hidratar os componentes da célula liofilizada e ativar o sensor. Os sensores podem ser projetados para produzir diferentes tipos de sinais, incluindo uma mudança de cor que pode ser vista a olho nu, ou um sinal fluorescente ou luminescente, que pode ser lido com um espectrômetro portátil. Os pesquisadores também projetaram um espectrômetro vestível que pode ser integrado ao tecido, onde pode ler os resultados e transmiti-los sem fio para um dispositivo móvel.
“Isso fornece um ciclo de feedback de informações que pode monitorar sua exposição ambiental e alertar você e outras pessoas sobre a exposição e onde aconteceu”, diz Nguyen.
Uma máscara facial de diagnóstico
Enquanto os pesquisadores concluíam seu trabalho nos sensores vestíveis no início de 2020, a Covid-19 começou a se espalhar pelo mundo, então eles rapidamente decidiram tentar usar sua tecnologia para criar um diagnóstico para o vírus SARS-CoV-2.
Para produzir sua máscara facial de diagnóstico, os pesquisadores incorporaram sensores SHERLOCK liofilizados em uma máscara de papel. Tal como acontece com os sensores vestíveis, os componentes liofilizados são envolvidos por elastômero de silicone. Nesse caso, os sensores são colocados na parte interna da máscara, para que possam detectar partículas virais no hálito da pessoa que usa a máscara.
A máscara também inclui um pequeno reservatório de água que é liberado com o toque de um botão quando o usuário está pronto para realizar o teste. Isso hidrata os componentes liofilizados do sensor SARS-CoV-2, que analisa as gotas de respiração acumuladas no interior da máscara e produz um resultado em 90 minutos.
“Este teste é tão sensível quanto o padrão ouro, testes de PCR altamente sensíveis, mas é tão rápido quanto os testes de antígeno que são usados para análises rápidas de Covid-19”, diz Nguyen.
Os protótipos desenvolvidos neste estudo possuem sensores na parte interna da máscara para detectar o estado do usuário, bem como sensores colocados na parte externa das roupas, para detectar a exposição do ambiente. Os pesquisadores também podem trocar sensores para outros patógenos, incluindo influenza, ebola e zika, ou sensores que desenvolveram para detectar agentes nervosos organofosforados.
“Por meio dessas demonstrações, basicamente reduzimos a funcionalidade das instalações de teste molecular de última geração para um formato compatível com cenários vestíveis em uma variedade de aplicações”, diz Soenksen.
Os pesquisadores entraram com o pedido de patente da tecnologia e agora esperam trabalhar com uma empresa para desenvolver ainda mais os sensores. A máscara facial é provavelmente o primeiro aplicativo que poderia ser disponibilizado, diz Collins.
“Acho que a máscara facial é provavelmente a mais avançada e a mais próxima de um produto. Já tivemos muito interesse de grupos externos que gostariam de usar os esforços de protótipo que temos e levá-los a um produto aprovado e comercializado ”, diz ele.
Fonte: World Economic Forum
Imagem: Felice Frankel e MIT News Office
