A maioria das pessoas associa o termo “vestível” a um rastreador de fitness, smartwatch ou auscultadores sem fio. Mas e se pudesse usar biotecnologia de ponta na sua roupa ou máscara e ela pudesse avisá-lo quando fosse exposto a algo perigoso?

Uma equipa de investigadores do Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, da Harvard University e do Massachusetts Institute of Technology, encontrou uma forma de incorporar reações de biologia sintética nos tecidos, criando biossensores que podem ser personalizados para detetar agentes perigosos e toxinas e alertar o utilizador.

A equipa integrou esta tecnologia em máscaras faciais padrão para detetar a presença do vírus SARS-CoV-2 na respiração do doente. A máscara, ativada por botão, fornece resultados em 90 minutos em níveis de precisão comparáveis ​​aos testes de diagnóstico baseados em ácido nucleico padrão (PCR). A conquista é relatada na Nature Biotechnology.

“Essencialmente, reduzimos todo um laboratório de diagnóstico a um pequeno sensor baseado em biologia sintética, que funciona com qualquer máscara facial e combina a elevada precisão dos testes de PCR com a velocidade e o baixo custo dos testes de antígenos”, refere o coautor Peter Nguyen, cientistado Wyss Institute.

“Além das máscaras faciais, os nossos biossensores programáveis ​​podem ser integrados em peças de roupas para fornecer deteção em movimento de substâncias perigosas, incluindo vírus, bactérias, toxinas e agentes químicos.”

Tecnologia passa do papel para a máscara

O biossensor SARS-CoV-2 é o culminar de três anos de trabalho no que a equipa chama de tecnologia livre de células secas por congelamento (wFDCF). A técnica envolve extrair e liofilizar a maquinaria molecular que as células usam para ler ADN e produzir RNA e proteínas e ativá-los, bastando para isso adicionar água. 

Os investigadores aplicaram primeiro esta tecnologia para diagnóstico, integrando-a numa ferramenta para lidar com o surto do vírus Zika, em 2015. Criaram biossensores que podem detetar moléculas de RNA derivadas de patógenos, associada a uma proteína indicadora colorida ou fluorescente, incorporada, de seguida, no circuito genético em papel para criar um diagnóstico barato, preciso e portátil. Após o sucesso no papel, voltaram-se para a roupa.

“Outros grupos criaram vestíveis que podem detetar biomoléculas, mas todas essas técnicas exigem colocar células vivas no próprio vestível, como se o utilizador estivesse a usar um aquário minúsculo. Se o aquário se partisse, as células projetados poderiam passar para o utilizador, e ninguém gosta dessa ideia”, afirma Nguyen que, juntamente com os colegas, procurou encontrar uma forma de resolver este problema, com testes feitos em mais de 100 tipos diferentes de tecidos.

Foi quando surgiu a pandemia de COVID-19. “Queríamos contribuir para o esforço global de combate ao vírus e tivemos a ideia de integrar o wFDCF nas máscaras para detetar o SARS-CoV-2. Todo o projeto foi feito em quarentena ou distanciamento social estrito a partir de maio de 2020. Trabalhamos muito, às vezes levando equipamentos não biológicos para casa e montando dispositivos manualmente. Definitivamente, era diferente da infraestrutura normal de laboratório a que estamos habituados, mas tudo o que fizemos ajudou-nos a garantir que os sensores funcionam em condições de pandemia mundial”, refere o primeiro autor, Luis Soenksen.

A equipa recorreu a todos os recursos disponíveis no Wyss Institute para criar a sua máscara facial de deteção da COVID-19. O produto final consiste em três diferentes reações biológicas liofilizadas que são sequencialmente ativadas pela libertação de água de um reservatório, através do simples toque de um botão.

“Este trabalho mostra que nossa tecnologia de biologia sintética livre de células e liofilizada pode ser estendida a vestíveis e aproveitada para novas aplicações de diagnóstico, incluindo o desenvolvimento de um diagnóstico de máscara facial. Estou particularmente orgulhoso da forma como a nossa equipa se reuniu durante a pandemia para criar soluções implantáveis ​​e abordar alguns dos desafios de teste do mundo”, refere Collins.

À procura de fabricantes

O diagnóstico da máscara facial é, de certa forma, a cereja no topo do bolo para a equipa, que teve que superar vários desafios para tornar a sua tecnologia verdadeiramente vestível.

O diagnóstico da máscara facial omite componentes eletrónicos em favor da facilidade de fabrico e do baixo custo, mas a integração de elementos mais permanentes no sistema abre uma ampla gama de outras aplicações possíveis.

No artigo artigo agora publicado, os cientistas demonstram que uma rede de cabos de fibra ótica pode ser integrada na sua tecnologia wFCDF para detetar a luz fluorescente gerada pelas reações biológicas, indicando a presença de moléculas alvo com um grande nível de precisão. Este sinal digital pode ser enviado para uma ‘app’ no smartphone, que permite ao utilizador monitorizar a sua exposição a uma vasta gama de substâncias.

“Esta tecnologia pode ser incorporada em aventais de laboratório para cientistas que trabalham com materiais perigosos, em batas para médicos e enfermeiras ou uniformes de socorristas e militares que podem ser expostos a patógenos perigosos ou toxinas, como gás nervoso”, refere Nina Donghia, cientista da equipe do Wyss Institute.

A equipa está à procura ativamente de parceiros de fabrico interessados ​​em ajudar na produção em massa do diagnóstico de máscara facial para uso durante a pandemia de COVID-19, bem como para detetar outros riscos biológicos e ambientais.

“O engenho e dedicação desta equipa para criar uma ferramenta útil para combater uma pandemia mortal enquanto trabalhou em condições sem precedentes é impressionante por si só. Mas é ainda mais impressionante que esses biossensores vestíveis possam ser aplicados numa ampla variedade de ameaças à saúde além do SARS- CoV-2 e nós estamos ansiosos para colaborar com os fabricantes e concretizar este potencial “, afirma Don Ingber, diretor fundador do Wyss Institute.