Point-of-Care com Raman: Detecção de câncer, infecção e muito mais

25/03/2024

Artigo

A indústria médica é uma nova fronteira para a espectroscopia Raman. Nos últimos anos, Raman tem sido usado em estudos odontológicos e de câncer, e agora está aproveitando esse sucesso por extensão em aplicações Point-of-Care (POC). Este artigo fornece uma visão geral de algumas pesquisas muito novas e interessantes sobre o uso da espectroscopia Raman para a detecção de tecido canceroso, biomarcadores de doenças e patógenos que causam doenças.

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Detecção de infecção óssea com um espectrômetro Raman portátil
Espectroscopia Raman para detecção de câncer
Espectroscopia Raman tradicional na avaliação do câncer de mama
SERS para detecção e medição de biomarcadores de câncer pancreático
Ensaio rápido no local de atendimento (POC) para detecção de COVID-19 em nível de femtograma
Imunofenotipagem multiplex de células sanguíneas e de câncer de mama com espectroscopia Raman
Fácil detecção de enzimas com efeito SERS eletroquímico

Detecção de infecção óssea com um espectrômetro Raman portátil

A complicação da infecção é um problema sério para o uso de enxertos ósseos humanos em cirurgia musculoesquelética. Staphylococcus epidermidis e Staphylococcus aureus são os culpados mais comuns em infecções relacionadas aos ossos, e o tratamento dessas bactérias é extremamente difícil.

Espectroscopia Raman para detecção de câncer

Os espectros de “impressão digital molecular” de Raman podem ser sensíveis o suficiente para detectar as alterações químicas que acompanham as doenças. Os espectrômetros Raman compactos podem ajudar os cirurgiões a avaliar tumores durante procedimentos cirúrgicos para uma tomada de decisão mais rápida. Exemplos de aplicação para câncer de mama e câncer de pâncreas são discutidos nas seções seguintes.

Espectroscopia Raman tradicional na avaliação do câncer de mama

Quando há suspeita de câncer de mama, normalmente é necessária uma cirurgia para biópsia e uma segunda para remoção de tumores malignos. A capacidade de avaliar tecidos suspeitos durante a cirurgia preliminar permite a remoção imediata, se necessário. O benefício para o paciente e para a indústria médica é inestimável – e pesquisas sugerem que a espectroscopia Raman pode atender a essa necessidade para alguns tipos de câncer.

A espectroscopia Raman é sensível o suficiente para detectar alterações nos tecidos resultantes de muitos tipos de câncer. Por exemplo, existem diferenças muito sutis nos espectros Raman de tecido mamário saudável e tumores malignos. Pesquisadores no Reino Unido usaram um dispositivo de laboratório i-Raman de alta resolução (figura 1) e ferramentas multivariadas, incluindo PCA, para discriminação bem-sucedida de tecidos saudáveis e cancerosos [2].

SERS para detecção e medição de biomarcadores de câncer pancreático

SERS (espectroscopia Raman de superfície aprimorada) pode ser uma solução quando Raman não é ideal para análise. Este pode ser o caso em situações em que o alvo existe numa matriz de amostra complexa ou devido à fluorescência de moléculas à base de carbono. SERS aumenta o sinal Raman, mas não o sinal de fluorescência concorrente. Além disso, o efeito SERS permite a detecção sensível de analitos em níveis de mg/L – às vezes até µg/L. Finalmente, os picos SERS são nítidos e bem definidos, permitindo a detecção e identificação eficiente dos analitos alvo.

Para saber mais sobre o SERS, leia nossa postagem anterior sobre este tópico.

Raman vs SERS… Qual é a diferença?

O câncer de pâncreas é mortal, em parte porque é difícil de diagnosticar. No entanto, existem alguns biomarcadores que estão presentes em níveis elevados em aproximadamente 75% dos casos positivos.3]. Estes podem ser detectados com ensaios imunoenzimáticos (ELISA), que medem uma variedade de biomarcadores, incluindo anticorpos, antígenos e proteínas.

Numa técnica emergente, um espectrómetro de laboratório i-Raman foi utilizado na Universidade de Utah para análise SERS em conjunto com ELISA para detectar um antigénio associado ao cancro do pâncreas.2]. O sinal SERS foi gerado a partir de uma molécula repórter complexada tanto com uma nanopartícula de ouro quanto com o analito alvo em um imunoensaio clássico de fluxo lateral ou “sanduíche” (Figura 2). Esta é uma técnica incrivelmente precisa, permitindo uma detecção muito sensível – com potencial de quantificação – do biomarcador de interesse.

Ensaio rápido no local de atendimento (POC) para detecção de COVID-19 em nível de femtograma

Imunofenotipagem multiplex de células sanguíneas e de câncer de mama com espectroscopia Raman

Outro estudo utilizou o MIRA DS para avaliar um ELISA portátil baseado em SERS para imunofenotipagem de diferentes tipos de células vermelhas do sangue e de células de câncer de mama [5]. A distinção entre células saudáveis e doentes e a detecção de múltiplos bioalvos em uma amostra podem apoiar o tratamento informado de diferentes tipos de câncer de mama.

Este ensaio tinha “especificidade, sensibilidade e repetibilidade para… imunofenotipagem em diferentes tipos de células [usando] menor volume de amostra de análise em comparação com… imunoensaios multiplex convencionais”, e era menos “trabalhoso e tecnicamente simples de executar”. Os autores elogiaram o MIRA Varredura orbital para melhorar a sensibilidade do seu ensaio através de uma área maior de interrogação e medições com média espacial.

Os ensaios de fluxo de multiplexação tradicionais podem ser limitados pela disponibilidade de diferentes corantes coloridos e pela interpretação dos resultados. Eles também estão associados a uma grande área de laboratório. Em contraste, este método baseado em espectroscopia Raman portátil oferece o potencial para resultados POC precisos com tempo rápido de amostra até resultado, capacidade de multiplexação e um instrumento muito compacto.

Fácil detecção de enzimas com efeito SERS eletroquímico

Conclusão

A tecnologia Raman está realmente sendo utilizada de maneiras inovadoras. Grupos de investigação em todo o mundo estão a aplicar os seus benefícios consideráveis – incluindo sensibilidade, detecção de vestígios, formato pequeno e resultados rápidos – para detectar tecidos cancerígenos, biomarcadores de doenças e agentes patogénicos causadores de doenças. As descobertas são incrivelmente emocionantes e promissoras!