Dispositivos baseados em papel demonstram alta precisão na detecção da malária assintomática

Dispositivos baseados em papel demonstram alta precisão na detecção da malária assintomática

Os dispositivos que utilizam tiras de papel baratas superaram dois outros métodos de teste para detectar infecções por malária em pessoas assintomáticas no Gana - um avanço no diagnóstico que poderá acelerar os esforços para eliminar a doença, dizem os investigadores.

De aparência enganosamente simples, os dispositivos facilitam reações químicas entre uma gota de sangue e moléculas embutidas em camadas de papel e dependem de instrumentos sofisticados, mas portáteis, para fazer o diagnóstico: uma medição por espectrometria de massa do produto final – em casos positivos, um antígeno específico da malária que ativa o sistema imunológico.

Normalmente levamos a amostra para o laboratório, mas agora estamos a levar o laboratório, por exemplo - estou a levá-la para África, uma das partes mais remotas do mundo, e faço a análise ali mesmo. “

Abraham Badu-Tawiah, autor principal do relatório do estudo de campo e professor de química e bioquímica na Ohio State University

"A questão era: podemos ter uma ferramenta sensível que possa ser entregue às pessoas, independentemente de onde elas estejam. A análise estatística mostrou que o nosso método é 90% preciso e comparável a um teste PCR. É muito bom e podemos entregar estes resultados às pessoas que mais precisam."

A pesquisa foi publicada recentemente emQuímica analítica.

A malária é causada pela picada de mosquitos que espalham parasitas infecciosos. A Organização Mundial da Saúde estima que 249 milhões de pessoas em todo o mundo tiveram malária em 2022 e cerca de 608 mil morreram da doença. Uma vacina preventiva está agora disponível para crianças no Gana, onde mais de um quarto da população foi infectada em 2011, contra 8,6% em 2022.

Badu-Tawiah relatou esta invenção pela primeira vez em 2016, descrevendo um dispositivo para testes em casa ou em locais remotos usando estruturas leves que poderiam manter amostras biológicas estáveis ​​por meses.

Embora a tecnologia já esteja a ser aperfeiçoada para detectar outras doenças, a malária era a principal preocupação de Badu-Tawiah - especialmente porque a crescente adesão à vacina reduz a imunidade natural da população, criando a necessidade de uma vigilância generalizada de potenciais infecções na África Subsariana.

Desde 2016, o laboratório de Badu-Tawiah criou um processo de automação 3D para armazenar anticorpos e íons no dispositivo e adicionou uma molécula multipripada para amplificar o sinal composto para detecção por espectrometria de massa, mas o processo de fabricação do dispositivo ainda é manual. As folhas de papel que compõem as camadas do aparelho – revestidas com seções cerosas que não penetram no sangue – são impressas individualmente e prensadas com fita dupla-face. 25 dispositivos cabem nas folhas de 8×12 polegadas.

Uma vez aplicado, o sangue é dividido em quatro câmaras – duas como controles positivo e negativo – e induz reações químicas ao passar pelas camadas. Os químicos desenvolveram sondas iônicas para marcar anticorpos que extraem o antígeno do sangue e o colocam permanentemente no papel em cerca de 10 minutos. Após uma lavagem com tampão, as tiras são separadas e analisadas na frente de um espectrômetro de massa portátil.

"O espectrômetro mede a massa do composto de interesse. O peso molecular nos diz que se vemos uma certa massa, isso significa que o antígeno da malária está no seu sangue. Isso é um sim. Se não estiver lá, é um não", disse Badu-Tawiah.

Os resultados ficam disponíveis em aproximadamente 30 minutos, mas os dispositivos usados ​​sem refrigeração também podem ser armazenados indefinidamente para análise posterior. A elevada estabilidade significa que, após a fase de lavagem, os dispositivos podem ser transferidos em envelopes normais - uma capacidade que liga pessoas com infecções assintomáticas nas regiões mais remotas de África a centros ricos em recursos noutras partes do mundo, sem restrições tradicionais da cadeia de frio.

Durante cinco semanas em 2022, no Gana, Badu-Tawiah testou a eficácia do dispositivo em 266 voluntários assintomáticos e comparou os seus resultados com três outros métodos de teste mais comuns para uso atual no diagnóstico da malária: exame microscópico de células sanguíneas, testes de diagnóstico rápido disponíveis comercialmente e PCR (reação em cadeia da polimerase).

Um fator chave para testar pessoas sem sintomas é que Badu-Tawiah descobriu que a densidade de parasitas no sangue provavelmente será baixa quando estiverem infectadas. Isto significa que é necessário um teste altamente sensível para detectar a sua presença.

A comparação mostrou que a microscopia, o padrão-ouro nos hospitais africanos, apresentou os resultados menos precisos, indicando apenas 24 casos positivos, e os testes de diagnóstico rápido identificaram 63 infecções. A PCR identificou 142 casos positivos e os dispositivos em papel identificaram 184 positivos.

"A microscopia funciona bem quando a pessoa está doente e no hospital. Aqui estivemos em comunidades onde apenas 24 apresentaram resultado positivo na microscopia. Este teste nos diz que a maioria é negativa. Este é um grande problema", disse Badu-Tawiah. "Usando um método mais complexo como o PCR, quase 50% das pessoas estão doentes, mas a microscopia não consegue nos dizer. E em pessoas com densidades parasitárias muito baixas, os testes de diagnóstico rápido falham miseravelmente - eles só conseguem detectar densidades parasitárias mais altas."

O cálculo da sensibilidade de cada método – o número de verdadeiros positivos dividido por verdadeiros positivos mais falsos negativos – mostrou que os dispositivos baseados em papel alcançaram uma sensibilidade de 96,5%, em comparação com 17% para microscopia e 43% para testes de diagnóstico rápido.

Quarenta e sete das 266 amostras deram um resultado falso positivo – e todas foram confirmadas como negativas por microscopia. O PCR, considerado o teste mais preciso, também diagnosticou essas pessoas como negativas.

Badu-Tawiah disse que os resultados falsos positivos foram causados ​​por diferentes viscosidades das amostras de sangue, o que levou à redistribuição dos canais sanguíneos durante a fase de lavagem. A equipe modificou o dispositivo para levar em conta essa possibilidade.

Badu-Tawiah iniciou discussões com o governo do Gana sobre a implementação de um programa de testes.

"Dissemos às pessoas que isso era possível em 2016 e fomos a campo e testamos. É muito promissor", disse ele. “A tecnologia andará de mãos dadas com a vacinação e você precisa de uma ferramenta sensível para fazer isso.”

Ele também está trabalhando com médicos do estado de Ohio para adaptar os dispositivos para detectar riscos de câncer de cólon e pancreatite aguda.

“Agora tenho o martelo e posso cravar pregos diferentes”, disse ele. “Só precisamos mudar o anticorpo para torná-lo aplicável a outras doenças.”

Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas. Os co-autores incluem Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia e James Odei do estado de Ohio e Abdul-Hakim Mutala e Kingsley Badu da Universidade de Kwame Nkrumah University and Technology em Gana.

Fontes: