Tecnologia para diagnóstico no ponto de atendimento
Testes e aparelhos eletromédicos possibilitam o diagnóstico de forma rápida e descentralizada e levam tecnologia de ponta para fora dos laboratórios
Uma das tendências no campo da tecnologia para equipamentos eletromédicos é o desenvolvimento de aparelhos que permitam realizar testes de análises clínicas de forma rápida e descentralizada. São aparelhos feitos para realização de testes in vitro no ponto de atendimento ao paciente (PoC, abreviado do inglês point of care), como consultórios médicos, postos de saúde ou até mesmo em ambulâncias, residências ou locais atendidos por agentes comunitários de saúde. Este tipo de tecnologia para diagnóstico evita que o paciente tenha que se deslocar até um laboratório de análises clínicas ou que amostras biológicas coletadas precisem ser enviadas a um laboratório para a realização do exame.
Como é realizado no próprio local e o resultado sai em questão de minutos, o teste PoC apresenta uma extensa lista de benefícios: o médico pode completar o diagnóstico e prescrever o tratamento durante a consulta, ou o agente comunitário de saúde pode realizar prontamente a triagem e o encaminhamento de pacientes para tratamento. Em certos casos, o próprio paciente pode controlar de forma mais precisa seu tratamento, como no caso de diabéticos que precisam controlar o nível de glicose no sangue. Os testes PoC podem ser muito úteis até no cenário hospitalar, pois mesmo havendo a disponibilidade de um laboratório de análises clínicas, a obtenção mais rápida do resultado na própria UTI ou sala de emergência pode ser decisiva em situações críticas. No caso do diagnóstico de choque séptico, por exemplo, a taxa de mortalidade aumenta significativamente a cada hora de atraso no início do tratamento. Assim, a rápida identificação do agente infeccioso pode ser decisiva para a sobrevivência do paciente.
Os materiais biológicos mais comuns para o teste são sangue ou urina, mas saliva ou outros materiais também podem ser utilizados conforme o ensaio. O alvo bioanalítico, que é o objeto da análise, pode ser uma proteína (enzimas, anticorpos e certos hormônios), metabólitos (glicose, colesterol, triglicerídeos, creatinina, amônia, ureia), ácidos nucleicos (DNA ou RNA), células (anticorpos, hemácias normais ou falciformes, células tumorais circulantes), micro organismos patogênicos (vírus, bactérias, parasitas, fungos) e outros.
Funcionamento de um teste rápido de fluxo lateral
A amostra é colocada no poço e, em seguida, é adicionada a solução tampão. Os anticorpos da amostra fluem lateralmente pela fita de teste e ligam- -se ao conjugado. Se a amostra do paciente for reagente os anticorpos ligados ao conjugado vão se ligar aos antígenos imobilizados na área de teste, resultando no aparecimento de uma linha colorida. As frações do conjugado que não se ligaram na área de teste serão reveladas na área de controle, produzindo uma linha vermelha. Essa linha sempre deve estar presente, pois indica que houve perfeita migração da amostra na tira de reação.
Uma nova tecnologia para diagnóstico: a evolução dos testes PoC
A evolução dos testes PoC pode ser dividida em três gerações. A primeira consistiu dos chamados testes rápidos para diagnóstico (em inglês Rapid Diagnostic Tests — RDTs), baseados principalmente em imunocromatografia em tiras reagentes de fluxo lateral (em inglês, lateral flow), sem o uso de um equipamento adicional. O exemplo mais conhecido deste método é o teste para diagnóstico de gravidez vendido em farmácias.
Já a segunda geração de testes PoC passou a empregar também aparelhos eletromédicos, que precisam ser baratos, transportáveis, robustos e de fácil uso. Neste caso as tiras reagentes continuam a ser usadas, normalmente integradas a cartuchos descartáveis. Eles são então inseridos em uma leitora dotada de módulo de câmera embarcada e sistema de processamento digital de imagens. Ou seja, é possível realizar uma análise quantitativa das bandas reagentes, fornecendo rapidamente um resultado objetivo para o teste — diferente da análise visual subjetiva feita nos testes de primeira geração.
A segunda geração de testes PoC inclui também aqueles baseados na análise de ácidos nucleicos (em inglês nucleic acid tests — NATs). Tipicamente, em um NAT a amostra biológica é aplicada a um cartucho descartável e este é inserido no aparelho que controla as etapas de execução do teste e mensura as reações, apresentando ao operador o resultado final. O cartucho é dotado de reagentes e elementos microssistêmicos, como biossensores e estruturas microfluídicas, para a realização de uma complexa sequência de operações que pode incluir a mistura da amostra com reagentes, ciclagens térmicas, controle do tempo de reação, depurações e separação de alvos de análise.
Os sensores para detecção dos alvos podem estar integrados no cartucho ou no aparelho, sendo mais comuns os sensores eletroquímicos (amperometria, potenciometria e impedanciometria) e ópticos (fluorescência, luminescência, colorimetria de absorbância, ressonância plasmônica de superfície e espalhamento de luz). Há ainda sensores de tecnologia menos madura, como os magnéticos, os de ondas acústicas de superfície, os baseados em sistemas microeletromecânicos (MEMS) e outros. Exemplos de equipamentos já no mercado que fazem uso destas tecnologias incluem medidores de glicose e monitores de oxigenação sanguínea.
Terceira geração e desafios
Recentemente está surgindo uma terceira geração de testes PoC que, no lugar de aparelhos eletromédicos, utiliza equipamentos eletrônicos presentes no dia a dia das pessoas. Os telefones celulares são os preferidos nesta geração, pois podem ser acoplados a acessórios plug-in (aqueles que são conectados ao aparelho) que permitem a realização do teste de forma rápida e precisa.
Os testes são tipicamente baseados em detecção óptica, utilizando a câmera do celular para captura da imagem. Já o processador do aparelho se encarrega da análise. No entanto, apesar de algumas provas de conceito já terem sido apresentadas, a validade clínica destes dispositivos PoC ainda não está claramente demonstrada.
Para alguns tipos de teste, a preparação automatizada da amostra no cartucho, dispensando a manipulação em tubos de ensaio, representa um desafio praticamente tão grande quanto a realização do teste em si. No diagnóstico molecular, por exemplo, o processo de preparação da amostra compreende as etapas de lise (ruptura de células patogênicas para liberação do DNA), captura dos alvos de DNA, purificação para remoção de contaminantes que possam prejudicar a detecção e, finalmente, a eluição do DNA na solução que será utilizada para a realização do teste.
Um dos objetivos mais importantes da pesquisa e desenvolvimento atualmente realizados na área é a execução de todas estas etapas em um cartucho microfluídico de maneira que a sensibilidade e especificidade do teste não sejam comprometidas significativamente. Em poucas palavras, a sensibilidade de um teste está relacionada à capacidade do mesmo em detectar uma amostra positiva e a especificidade está relacionada à capacidade de identificação de uma amostra negativa. Ou seja, alta sensibilidade significa detectar concentrações mínimas do alvo (se a amostra é positiva, o teste irá detectá-la), enquanto que alta especificidade significa inexistência de reações cruzadas (se a amostra é negativa, o teste não mostrará um resultado falso positivo). Na área de diagnóstico em saúde humana, um passo considerável foi dado pela empresa Cepheid, com sua plataforma para detecção de tuberculose GeneXpert. Esta plataforma utiliza um cartucho que realiza todas as etapas de preparação da amostra e amplificação molecular do alvo genômico de forma automatizada, identificando a presença da bactéria causadora da tuberculose e também uma possível resistência a antibióticos.
PoC e doença de Chagas
Pelo seu custo reduzido e possibilidade de uso em campo, os testes e aparelhos PoC são particularmente atraentes para uso em cenários de recursos limitados, como é o caso dos países em desenvolvimento. Por este motivo, o progresso nesta área vem sendo incentivado tanto pela Organização Mundial da Saúde como por órgãos governamentais de fomento e por entidades privadas, como a Fundação Bill e Melinda Gates — por meio de seu programa Grand Challenges — e a Fundação XPRIZE — através de desafios como o Sensing XChallenge e o Tricorder XPrize.
Um exemplo recente de projeto nesta área é o PodiTrodi (Technology Platform for Point-of- Care Diagnostics for Tropical Diseases, em tradução livre Plataforma Tecnológica para Diagnóstico de Doenças Tropicais no Ponto de Atendimento), cofinanciado pelo Governo Brasileiro e pela Comissão Europeia. Este projeto consistiu em desenvolver o protótipo de um aparelho e um cartucho microfluídico descartável para o diagnóstico da doença de Chagas. Esta doença tropical parasitária foi escolhida pela Fiocruz como alvo para o projeto por ser uma doença negligenciada que afeta de sete a oito milhões de pessoas, sobretudo na América Latina, e cujo manejo clínico será facilitado pela disponibilidade de um teste PoC.
O protótipo foi desenvolvido de maneira conjunta por pesquisadores da Unicamp, do CTI Renato Archer, da Fundação Oswaldo Cruz (através do Instituto de Biologia Molecular do Paraná, IBMP), da UFPR e da Fundação CERTI, juntamente com o Instituto Fraunhofer ENAS e outras sete instituições e empresas europeias.
O teste desenvolvido no projeto PodiTrodi combina, em um mesmo cartucho, um imunoensaio cromatográfico e um teste NAT por reação em cadeia de polimerase (em inglês, polimerase chain reaction — PCR) em tempo real, a fim de detectar a presença do parasita T. cruzi tanto na fase de infecção aguda inicial quanto na fase de infecção crônica. Os resultados alcançados com o protótipo integrado mostraram o mesmo nível de especificidade e sensibilidade dos testes realizados separadamente, demonstrando a viabilidade da prova de conceito com amostras reais. Embora se trate de um projeto de pesquisa espera-se que, num futuro próximo, um produto que possa ser efetivamente usado na erradicação desta importante doença venha como resultado deste esforço de cooperação científica e tecnológica internacional. Os próximos passos antes de este produto chegar às prateleiras incluem validações laboratoriais com milhares de amostras e em diferentes ambientes de utilização (por exemplo, diferentes níveis de infraestrutura ou de instrução dos usuários).
Para saber mais
• Paul Yager, Gonzalo J. Domingo e John Gerdes. “Point-of-care diagnostics for global health.” Annu. Rev. Biomed. Eng. 10 (2008): 107–144.
• Gubala, Vladimir, et al. “Point of care diagnostics: status and future.” Analytical chemistry 84.2 (2011): 487–515.
• Pai, Nitika Pant, et al. “Point-of-care testing for infectious diseases: diversity, complexity, and barriers in low-and middle-income countries.” PLoS medicine 9.9 (2012): e1001306.
• Gessner, Thomas, et al. “Smart Systems Integration — trends in the field of smart medtech systems.” Smart Systems Integration, Amsterdam, 13 e 14 de março de 2013. • Poditrodi, 2014. http://www.poditrodi.org
Autores
@Daniel Cobra é coordenador da área de Sistemas no Centro de Mecatrônica da Fundação CERTI. É graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade de Brasília e Ph.D. em Engenharia Elétrica pelo MIT e em Engenharia Oceanográfica pela Woods Hole Oceanographic Institution (em co-tutela). Sua área de especialização é o Processamento Digital de Sinais e suas aplicações em medicina, telecomunicações, oceanografia, sistemas de áudio e vídeo, transmissão de energia e sensoriamento remoto.
@Alexandre Dias Tavares Costa é pesquisador especialista na Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) e gerente técnico de projetos de P&D no Instituto de Biologia Molecular do Paraná (IBMP). É graduado em Biologia pela Unicamp, mestre em Biologia Molecular pela Unifesp e Ph.D. em Ciências Médicas pela Unicamp. Sua área de especialização é biologia molecular e nanotecnologia, e suas aplicações em testes diagnósticos e saúde pública.
Agradecimentos
- Projeto CNPq Nº 590032/2011–9 e FP7 Nº 287770.
- Fundação Centros de Referência em Tecnologias Inovadoras — Unidade EMBRAPII para Sistemas Inteligentes para Produtos Eletrônicos de Consumo e Produtos Eletromédicos.
- Os autores agradecem a contribuição de Camila Chiodi Braga Penha e Greice Keli Silva na revisão e ilustração do artigo.
