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Pesquisadores criam sensor de ureia para pacientes com problemas cardíacos

O monitoramento a distância ajuda a evitar a ida desnecessária de pacientes aos centros de saúde e se expô-los a infecções do ambiente hospitalar – Fonte: Grupo de Polímeros “Prof. Bernhard Gross” (PO)

Parceria entre pesquisadores do campus de São Carlos da USP com o Incor desenvolve protótipo que busca facilitar o monitoramento de pacientes através do suor

Cientistas do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP e do Instituto do Coração (Incor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da USP (FMUSP) desenvolveram um pequeno dispositivo capaz de quantificar a ureia presente no suor. O objetivo era criar um mecanismo não invasivo para monitorar pacientes com risco cardíaco, com a vantagem de fornecer informações em tempo real.

A elevação dos níveis de ureia no sangue pode ser um sinal de diminuição da atividade dos rins, já que é através deles que essa substância é excretada. Se os rins não funcionam adequadamente, podem reter o sódio no corpo e aumentar a pressão arterial, o que sobrecarrega o músculo do coração. Em pacientes cardíacos, é importante monitorar regularmente os níveis de ureia e de outros marcadores para prevenir complicações.

Um pequeno adesivo equipado com sensores é colado na testa ou em outra parte do corpo em que haja transpiração. “O objetivo no longo prazo é desenvolver um dispositivo que permita prever se pessoas com problemas cardíacos têm piora e se precisariam ser hospitalizadas”, conta Gisela Ibañez Redin, que fez pós-doutorado no IFSC e é uma das autoras do estudo. Por ser barato, o adesivo pode ser trocado várias vezes ao dia, mas também poderia ser lavado e reutilizado sem prejuízo. O estudo demonstrou também que o biossensor funciona sob estresse mecânico, como quando há uma dobra na pele. Isso possibilita a utilização em regiões como axilas e dobra do joelho.

O sensor eletroquímico mede o aumento de pH no suor, ou seja, quando ele fica mais alcalino e menos ácido. Essa mudança está relacionada à degradação da ureia na presença da enzima urease. A reação produz amônia, que tem caráter básico responsável pela elevação do pH. Por esse motivo, um dos desafios para a calibração do sensor foram as pequenas variações de acidez no suor de pessoa para pessoa. A chave para obter resultados precisos seria medir o pH do suor antes que a degradação da ureia ocorresse.

Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior

Outro desafio foi preservar as substâncias durante a aferição. “Uma das tarefas mais importantes ao projetar biossensores é conseguir um material que permita que aquela biomolécula mantenha a sua função por um tempo relativamente grande”, conta Osvaldo Novais de Oliveira Junior, que orientou os pesquisadores do IFSC. “Parte do nosso trabalho, que já é antigo, é descobrir como manter a função das biomoléculas. Elas estão acostumadas a estar em ambiente aquoso. Quando você tem um sensor que é seco, ela rapidamente pode perder a função.”

Os problemas foram superados adicionando um eletrodo de referência junto com dois eletrodos de trabalho, um para ureia e outro para o pH, separados por uma distância de 2 milímetros. Para imobilizar a enzima responsável por catalisar a degradação da ureia em um dos eletrodos de trabalho, foi usada tinta à base de quitosana, um polímero que preserva a estabilidade da enzima. Assim, o dispositivo consegue medir o sinal tanto da ureia quanto do pH, o que permite fazer a correção.

Os cientistas fizeram testes em amostras de suor artificial e depois em amostras reais de suor de voluntários. Nos dois experimentos, o dispositivo conseguiu detectar a ureia com precisão, sem ser afetado por outras substâncias na mistura. Oliveira Junior explica que o trabalho de verificar se outras substâncias estão interferindo nas medidas é essencial. “O suor é um fluido complicado, que tem muitas substâncias. É preciso tomar cuidado para que uma não seja confundida com outra.”

Sistemas semelhantes para outros marcadores

Trabalhos como esse do mesmo grupo de pesquisa têm sido feitos a fim de atender às demandas clínicas do Incor, buscando monitorar outros marcadores do sangue de maneira não invasiva e dinâmica. Os pesquisadores buscam parcerias com agentes do mercado que façam a produção desses dispositivos em grande escala.

A elevação de ureia no sangue surge quando há diminuição da capacidade dos rins de filtrar o sangue das substâncias tóxicas. Gisela Redin conta que medir os níveis de ureia é uma forma indireta de monitorar o estado do risco cardíaco. “Os pacientes com insuficiência renal têm maiores chances de desenvolver doenças cardíacas, porque o rim também processa eletrólitos e outras moléculas que são importantes para o funcionamento do coração”. A pesquisadora ressalta que os eletrólitos, sódio e potássio, são os responsáveis pelas contrações no coração. A ideia é que o sódio e o potássio também sejam monitorados através de um só dispositivo.

Gisela Ibañez Redin (Créditos ResearchGate)

Nesse sentido, o nível de ureia é apenas um dos marcadores que podem ser monitorados sem a coleta de sangue. A solução criada é parte de um projeto maior da USP para viabilizar dispositivos vestíveis para capturar e processar biomarcadores, como relata ao Jornal da USP o professor Marco Antonio Gutierrez, da FMUSP. “Nós estamos desenvolvendo eletrônica para que esses dispositivos possam captar sinais diferentes em nossos pacientes e métodos que permitam analisá-los continuamente.” Uma das preocupações é que os mecanismos sejam viáveis financeiramente para o uso no sistema público de saúde.

Exames para medir fatores como esses são parte da rotina dos hospitais. O monitoramento a distância ajuda a evitar a ida desnecessária de pacientes aos centros de saúde e expô-los a infecções do ambiente hospitalar. “Queremos disponibilizar ao nosso paciente um aplicativo no smartphone, por exemplo, que passe a medida de ureia de maneira não invasiva e que envie esses dados para a nossa infraestrutura de prontuário eletrônico e acompanhamento dos pacientes”, explica Gutierrez.

Os projetos são liderados pelo Laboratório de Genética e Cardiologia Molecular e pelo Laboratório de Informática Biomédica da FMUSP. O trabalho de engenharia de dispositivos, com registro na Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) e disponibilização no mercado, requer o investimento de empresas ou instituições interessadas. Embora não existam ainda parcerias, a maior parte do caminho já foi traçada pelos pesquisadores.

Os sensores podem ser produzidos em massa usando técnicas de revestimento slot-die. “A técnica consiste na deposição de filmes finos sobre substratos flexíveis continuamente, de forma automatizada”, conta Giovana Rosso, que foi pós-doutoranda do IQSC e também é colaboradora do projeto. “Nós escolhemos essa técnica porque a taxa de cisalhamento para a deposição da biotinta é baixa. Isso quer dizer que a ferramenta de deposição não exerce uma pressão muito alta sobre as biomoléculas e também não existe fricção devido ao não contato da biotinta com o substrato. Isso poderia fazer com que as biomoléculas perdessem sua função, que é a degradação da ureia.” Gisela Redin acrescenta que nem todos os sensores podem ser fabricados usando esse tipo de técnica. “Por isso, nós também trabalhamos em formular tintas e biotintas que poderiam ser depositadas com a técnica slot-die e esse foi um trabalho adicional da nossa parte.”

A pesquisa teve o apoio da Fapesp, do Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica (Ineo) e do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Medicina Assistida por Computação Científica (INCT-Macc).

(Ivan Conterno – Jornal da USP)

Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Combate ao SARS-CoV-2 – Desvendado todo o processo de maturação da proteína Protease

Na sequência do trabalho desenvolvido no Centro de Pesquisa e Inovação em Biodiversidade e Fármacos (CIBFar) – um CEPID da Fapesp alocado no IFSC/USP e coordenado pelo Prof. Glaucius Oliva -, ao qual demos o devido destaque em março passado (VER AQUI), pesquisadores desse centro de pesquisa conseguiram recentemente desvendar todo o processo de maturação da proteína Protease, presente no genoma do SARS-Cov-2, um estudo que foi publicado na prestigiada revista “Nature Communications”.

Nos anteriores estudos os pesquisadores conseguiram acompanhar grande parte do processo bioquímico por que essa proteína passa até chegar à sua forma madura, com exceção do primeiro passo da sequência, que só agora foi visualizado e entendido, como explica o responsável por essa pesquisa, Dr. Andre Schützer de Godoy.

“Nos primeiros estudos, foram muito bem descritos os passos da maturação da Protease, com exceção do passo inicial, sendo que isso era fundamental para entender todo o processo. Por termos utilizado a cristalografia como técnica escolhida para elaborarmos todos os estudos, contudo ela se mostrou ineficaz para descrever o estado inicial do processo. Foi nesse momento que optamos por utilizar outra técnica que, embora já tenha sido criada há algum tempo, tem sofrido melhorias significativas nos últimos anos – a Crio-Eletro Microscopia Eletrônica e, graças a essa técnica, conseguimos observar o primeiro passo da maturação da proteína, algo que é inédito”, comemora o pesquisador.

Com este estudo, os pesquisadores conseguiram completar o entendimento de todo o mecanismo, algo que é importantíssimo para o desenvolvimento de novos fármacos para combater de forma eficaz o SARS-CoV-2.

Esta pesquisa contou com a colaboração de pesquisadores de instituições de pesquisa do Reino Unido.

Para acessar o artigo científico desta pesquisa, clique AQUI.

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

COVID-19 – Comprovada a eficácia da fotobiomodulação no tratamento da perda de olfato e paladar

Resultados do estudo conjunto feito pelo IFSC/USP e King’s College Hospital (Londres)

Um estudo/piloto clínico desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) e do Department of Oral Surgery, do King’s College Hospital (NHS Foundation Trust), de Londres, publicado neste último mês de março, na revista científica internacional de grande impacto na área da saúde, “Journal of Biophotonics”, mostrando que a terapia através de fotobiomodelação atua como um imunomodulador no combate à anosmia (perda de olfato) e à ageusia (perda de paladar), promovendo, em doze sessões, a recuperação total do olfato e paladar, sentidos que foram comprometidos pela COVID-19.

Este estudo realizado pelo Laboratório de Biofotônica do IFSC/USP, que contou com a participação dos pesquisadores Dr. Vitor Hugo Panhóca e Prof. Vanderlei Bagnato em parceria com a renomada cientista Reem Hanna(PhD), do Department of Oral Surgery, do King’s College Hospital (NHS Foundation Trust), de Londres, teve como ponto inicial o fato da fotobiomodulação ter surgido como uma possível terapia eficaz na restauração da funcionalidade do paladar e olfato, criando assim uma alternativa aos tradicionais tratamentos com base em fármacos e  cuja eficácia já foi questionada. Assim, a terapia por fotobiomodulação emergiu como uma modalidade alternativa de tratamento fotobioenergético, não invasivo, no alívio da dor, reduzindo a inflamação e a cicatrização dos tecidos lesionados.

Este estudo contou com a participação de vinte pacientes voluntários diagnosticados com anosmia e ageusia causadas pela COVID-19, que se submeteram a doze sessões de tratamento com administrações intranasal e intraoral por fotobiomodulação, cujos resultados mostraram uma melhora significativa da funcionalidade olfativa e gustativa.

Os objetivos do estudo foram:

*Avaliar a porcentagem de recuperação completa e o tempo de prognóstico;

*Introduzir uma dosimetria a laser preliminar padronizada e protocolos de tratamento;

*Compreender os atuais mecanismos moleculares da fotobiomodulação na restauração da funcionalidade do olfato e paladar;

Este estudo piloto/clínico mostrou que esta terapia de fotobiomodulação pode promover a recuperação total do olfato e paladar.

Para acessar o artigo científico, clique AQUI.

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Dos laboratórios para a sala de aula – “Está na hora de retribuir os investimentos que foram feitos em mim”

Trabalho intenso no laboratório

Depois de termos dado destaque ao ex-aluno do IFSC/USP, Leonardo Miziara Barboza Ferreira, sobre a sua decisão de engrossar o contingente de professores universitários no Brasil, a série de três entrevistas continua se dedicando aos jovens pesquisadores do Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia (GNano) – grupo que integra nosso Instituto -, que decidiram vestir a camisa da Educação.

Há já alguns anos que conhecemos Laís Canniatti Brazaca (31), natural de Piracicaba. Diariamente nos encontrávamos com ela nos corredores e laboratórios do IFSC/USP e não foram raras as vezes que com ela dividimos seus projetos, seus estudos, suas pesquisas, que foram vertidas não só no site do IFSC/USP, ou no Facebook, ou ainda no canal de TV do CEPOF, em forma de divulgação científica. Sempre ficávamos extasiados perante seus olhos inquietos, inquiridores, numa ânsia enorme de explicar o que tinha descoberto, o que tinha vivenciado e quanto tudo isso era importante para sua vida e para o desenvolvimento científico do país. Laís Brazaca confessa que sempre foi igual a qualquer criança no ensino fundamental, e assim que concluiu o ensino médio prestou provas para entrar na UFSCar e na USP de São Carlos.

A importância do curso de Ciências Físicas e Biomoleculares da USP

Embora desde muito cedo se tenha sentido apaixonada pela área de Exatas, principalmente pelas disciplinas de Física, Química e Biologia, o certo é que Laís Brazaca não sabia precisamente o rumo que deveria tomar nessa imensa área do conhecimento. “Eu sempre tive – e ainda tenho – muitas dificuldades com disciplinas relacionadas à área de Humanas, ao contrário das Exatas que me instigavam a estudar, questionar, investigar. Já no ensino médio eu sabia muito bem que queria combinar as Ciências Exatas e Biológicas, e foi a partir daí que pensei em Engenharia Ambiental. Pensei em Biotecnologia, mas, de repente, ao ler aquele livrinho da Fuvest, me deparei com Ciências Físicas e Biomoleculares, a combinação certa daquilo que eu mais gostava no ensino médio e fui aprender mais sobre esse curso que acabava tendo mais Física do que a maioria das pessoas imaginam. Em 2009 prestei vestibular para o curso de Biotecnologia, na UFSCAR, e para o curso de Ciências Físicas e Biomoleculares na USP de São Carlos. Dei sorte, pois passei em ambos, tendo optado, então, por ingressar no Instituto de Física de São Carlos (USP), nesse curso”, recorda Laís.

Foram quatro anos de um curso cujo conteúdo era, segundo Laís Brazaca “exatamente como eu tinha pensado”, indo plenamente ao encontro daquilo que ela procurava desde o início. O curso de Ciências Físicas e Biomoleculares foi a base que Laís necessitava para toda a pesquisa que iria desenvolver nos anos seguintes e que abriria portas rumo a diversos destinos científicos. “Desse curso extraí a base da minha área de pesquisa atual. Na realidade, os alunos que cursam Ciências Físicas e Biomoleculares recebem uma base ampla, que possibilita a escolha de diversos caminhos”.

Pesquisando biossensores

Pós-doutorado em San Diego (EUA)

Seu interesse aumentou exponencialmente quando assistiu a uma palestra ministrada pelo Prof. Valtencir Zucolotto sobre biossensores. “Foi devido a essa palestra, que aconteceu ainda no primeiro semestre do 1º ano do curso, que decidi começar a fazer iniciação científica com o Prof. Zucolotto, no grupo que agora se chama GNano, e por ali me mantive ao longo de toda a graduação, nunca imaginando que minha vida acadêmica continuaria por muitos dos anos seguintes naquele Grupo que me abriu as portas do conhecimento”, salienta Laís Brazaca.

A graduação de Laís terminou em finais de 2012 e ela não teve qualquer dúvida em iniciar seu mestrado no GNano, que, segundo ela, foi um processo natural. “Foi nesse período que desenvolvi um biossensor para detecção de um hormônio que se chama adiponectina, explorando seu uso para o auxílio do diagnóstico preditivo de Diabetes tipo-2. Foi um trabalho muito interessante, que me introduziu na área do desenvolvimento de biossensores, área que eu continuei no meu doutorado, também no GNano, entre 2015 e 2019”, pontua a pesquisadora. Já o destaque no doutorado de Laís Brazaca foi o desenvolvimento de um dispositivo em papel para auxiliar no diagnóstico da Doença de Alzheimer, um trabalho que rendeu bastantes elogios à pesquisadora.

A experiência no exterior

No desenvolvimento de seu doutorado, Laís Brazaca teve a oportunidade de fazer dois estágios no exterior: um em Oviedo, na Espanha, durante dois meses, e outro em San Diego (EUA), por um período de nove meses, onde trabalhou no desenvolvimento de sensores vestíveis, experiências que foram essenciais para seu desenvolvimento científico.

Depois de muitos anos ligada ao GNano, Laís Brazaca decidiu fazer seu pós-doutorado no Instituto de Química de São Carlos (IQSC/USP), igualmente na área de biossensores, sob a coordenação do Prof. Emanuel Carrilho. Ao longo dos anos de 2019 e 2020, nossa entrevistada prosseguiu seus estudos e pesquisas, até que em 2021 foi contratada como professora-colaboradora no IQSC/USP, algo que  abriria uma porta à pesquisadora e que anteriormente apenas se configurava como um sonho – ser professora. “Sempre tive muito claro que queria ser professora na USP, até porque minha mãe foi professora na ESALQ/USP e eu sempre tive esse espelho, sempre quis seguir esses passos”, sublinha Laís.

Em 2022, Laís Brazaca decide fazer um novo pós-doutorado  no exterior e parte para a Universidade de Harvard (EUA), onde durante um ano desenvolve suas pesquisas, tendo regressado agora, em 2023. “Foi uma experiência muito interessante, não só no que diz respeito à área de pesquisa, como também em relação a aprender mais sobre como lidar com pessoas e a gerenciar um grupo de cientistas. E, em Harvard, o ambiente é muito rico, tem uma diversidade cultural muito grande, com eventos a acontecerem o tempo inteiro sobre assuntos diferenciados e com grandes especialistas. Foi fantástico, mas, contudo, eu queria voltar para o Brasil”, pontua a pesquisadora.

Profissão – Professora

Um novo ciclo ciomeça – Laís Brazaca em sua nova sala – Instituto de Química de São Carlos (IQSC/USP)

E esse regresso de Laís Brazaca ao Brasil foi devido à sua intenção de concorrer a uma posição de professora no IQSC/USP. “A minha vontade sempre foi ficar no Brasil por muitos motivos. Principalmente porque toda a minha carreira científica foi feita aqui e sinto que agora, que estou pronta para produzir artigos com uma qualidade superior, está na hora de retribuir o investimento que meu país fez em mim. A USP foi central na minha formação acadêmica e agora tenho o desejo de formar novos alunos aqui”, salienta a pesquisadora.

Desde o início do semestre letivo, Laís Brazaca integra o quadro de professores do BioMicS (Grupo de Bioanalítica, Microfabricação e Separações) e tem dado aulas na área de química analítica.  Nessa nova vertente profissional, como professora, a pesquisadora entende que o melhor caminho será dar atenção ao aluno, estimulá-lo, sempre dar o melhor nas aulas “Para que eles possam ir mais longe do que nós fomos. Deixá-los curiosos, mais interessados. Acredito que se você deixar o aluno curioso e permitir que ele busque o seu próprio caminho, que desvende os mistérios que se colocam na sua frente, é uma das melhores coisas que podemos fazer por ele. Porque aí não depende mais tanto de você, não é? A pessoa começa a ter um pouco mais de iniciativa, começa a se estimular”, comenta Laís.

A importância do GNano

Quanto ao GNano, Laís Brazaca salienta que o grupo teve uma importância muito grande em sua trajetória, em sua formação. “Estive inserida por mais de dez anos no GNano, que é um grupo muito completo. Foi realmente muito importante para a minha formação porque, devido às várias áreas de pesquisa que ali se desenvolvem, você consegue aprender bastante, não só sobre um tópico, mas sobre várias coisas; você tem a possibilidade de explorar ali várias coisas diferentes, num espaço extremamente bem equipado e que também tem uma parte muito forte em escrita científica, algo que é a base da nossa comunicação. Então, eu acho que foi muito importante, especialmente para o meu início de carreira, aprender a como escrever bem, a como me comunicar. Eu vejo bastante espaço para uma colaboração futura entre os  Institutos de Química e Física de São Carlos, não só com o Prof. Valtencir Zucolotto, como também com outros colegas que saíram do grupo e seguiram suas vidas acadêmicas”, conclui a Prof. Laís Brazaca.

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP