Sensor portátil para deteção rápida de bactérias sem necessidade de fonte de energia [NI-TECH-2020-14]

Sensor ótico portátil, energy-free, à base de cristais líquidos que usa proteínas artificiais para detetar bactérias prontas a usar.

Contexto

A presença de bactérias indesejadas está diretamente associada a vários problemas de saúde pública mundial, que vão desde o mau tratamento de água potável até infeções clínicas não controladas, tipicamente associadas a elevadas taxas de mortalidade e morbilidade. Um indicador específico da presença de bactérias em produtos clínicos, fontes ambientais ou ambientes estéreis é a deteção de muropeptídeos (MR) livres, que são produtos derivados da degradação de peptidoglicano (PG), uma estrutura única e presente em todas as bactérias e na maioria das componentes da parede celular. Contudo, os MRs nunca foram usados para deteção de bactérias.

A deteção precoce de qualquer doença infeciosa é crucial para o sucesso do tratamento clínico adotado e continua a ser a melhor abordagem para melhorar as taxas de sobrevivência. Em particular, uma identificação precoce e rápida das bactérias como agente infecioso e a sua diferenciação de outros agentes, como vírus e fungos, é de máxima importância para se poder tomar rapidamente uma decisão terapêutica e um tratamento bem sucedido. A meningite, a resistência bacteriana a vários medicamentos, surtos de infeção em hospitais e epidemias de cólera ou gonorreia em países em desenvolvimento são alguns exemplos de doenças onde diagnósticos rápidos podem salvar muitas vidas. Outras aplicações nas quais um diagnóstico rápido proporcionaria uma vantagem económica e sanitária seriam, por exemplo, os bancos de sangue e de rastreios de segurança alimentar e o controlo da qualidade da água e do ambiente. Contudo, os testes diagnósticos existentes não respondem à necessidade de uma resposta imediata, pois têm tempos de resposta muito longos, requerem procedimentos invasivos, uma preparação de amostras e uma manipulação laboratorial complexas, são pouco sensíveis e podem ser demasiado específicas, restringindo as suas aplicações a um microrganismo ou doença particular.

Assim, o desenvolvimento de um teste sanguíneo portátil não-invasivo e eficiente na deteção precoce de infeções representaria um passo significativo em direção ao controlo de diagnósticos clínicos e ambientais.

Sobre a tecnologia

Esta tecnologia tem por base proteínas artificiais recombinadas que se ligam a peptidoglicanos (PG), uma estrutura única e presente em todas as bactérias. A tecnologia aqui descrita usa esta capacidade de ligação a bactérias para produzir o sensor bacteriano. Este sistema é revestido internamente por uma matriz ativa com proteínas de ligação a PG inativos e está externamente ensanduichado entre dois polarizadores cruzados (Fig. 1). Depois da aplicação da amostra, a célula é preenchida com um cristal líquido (CL) que interage com a luz incidente e converte o resultado. Sem analito, as moléculas LC homeotropicamente alinhadas não interferem com a luz polarizada incidente, que é extinta pelo polarizador cruzado de saída (com resultado negativo). Com analito, a proteína de ligação do PG liga-se a MRs e desalinha as moléculas LC, rodando aleatoriamente a luz de polarização que já não é extinta pelo segundo polarizador (resultado positivo). A equipa de investigação já construiu, com sucesso, um sensor protótipo funcional, capaz e detetar células Staphylococcus aureus, peptidoglicano e muropeptídeos (Fig. 2).

Mais detalhes

Codesenvolvido com investigadores do ISEL.

• Protótipo contruído e testado;
• Os dados estão disponíveis mediante pedido;
• Desenvolvimento de novas proteínas recombinadas para detetar bactérias específicas;
• Otimização do sinal de transdução;
• A sensibilidade e os limites de deteção estão a ser testados.

Estágio de desenvolvimento

TRL 3 – prova de conceito experimental.

Benefícios

• Método de diagnóstico rápido;
• Independência energética (não é necessária fonte de energia);
• Utilizável em contexto clínico, assim como em regiões remotas sem unidades de saúde disponíveis;
• Não invasivo;
• Seletividade devido ao analito;
• Deteção precoce;
• Portátil;
• Utilização fácil;
• Baixos custos de fabrico;
• Miniaturizável (usando microfluidos).

Aplicações

• Deteção de Infeções Bacterianas em Humanos (fluidos estéreis):
• Deteção de Infeções Bacterianas em Animais (fluidos estéreis);
• Rasteiro de contaminações bacterianas em bancos de sangue;
• Deteção bacteriana em fluidos estéreis tais como produtos farmacêuticos, injetáveis, etc.;
• Deteção bacteriana em superfícies estéreis (aparelhos medicinais, cateteres, próteses, instrumentos médicos, material laboratorial, superfícies hospitalares);
• Tratamento de água (Análise de qualidade de água mineral/potável);
• Indústria das bebidas;
• Indústria alimentar.

Oportunidades

• Disponível para licenciamento;
• Procuram-se parceiros de codesenvolvimento;

Palavras-chave

Sensor bacteriano; Sensor de infeções; Microfluidos; Cristal líquido; Muropeptídeos; Peptidoglicano; Sensor sem energia; Diagnóstico rápido; Ponto de cuidados.

Propriedade Intelectual

• Pedido provisório de patente submetido (PT116014).

NOVA Inventors

Pedro Almeida

Cecília Roque

Inês Grilo