Coppe desenvolve sistema portátil para detecção mais rápida e barata de Covid-19

Pesquisadores da Coppe/UFRJ desenvolveram um sistema portátil de rápida resposta para detecção de Covid-19. O protótipo, desenvolvido no Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF), sob coordenação dos professores Marcelo Werneck e Regina Allil, do Programa de Engenharia Elétrica (PEE), conta com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do estado do Rio de Janeiro (Faperj) e do deputado federal Alessandro Molon (PSB-RJ), via emenda parlamentar para alcançar maturidade tecnológica necessária para ser difundido em larga escala.

Atualmente, o diagnóstico da Covid-19 é efetuado, na maior parte dos casos, por PCR, que requer equipamentos de alto custo, infraestrutura laboratorial e pessoal especializado com um tempo médio de 48 horas. A tecnologia desenvolvida na Coppe utiliza nanosensores fotônicos e permite uma resposta em poucos minutos do grau de contaminação do paciente, por meio da detecção das proteínas S (da espícula) e N (do núcleo) do vírus Sars-CoV-2. Além disso, a operação do instrumento não necessita de especialização podendo ser operado por profissionais de saúde após um treinamento simples.

“A nossa proposta é ter uma análise rápida e que não requeira de profissional especializado para operar o sistema. Um agente da saúde poderia fazê-lo sem necessidade de passar por treinamento. E ter um sistema que utilize conteúdo nacional, de baixo custo, para que centros de saúde possam tê-lo”, esclarece o professor Marcelo Werneck.

O sistema opera através de dois princípios, o da imunocaptura e o da ressonância localizada de plasmon de superfície (LSPR da sigla em inglês). Esses dois efeitos ocorrem simultaneamente em nanopartículas de ouro fixadas na superfície de uma fibra óptica, quanto em presença do vírus Sars-CoV-2. A fibra óptica é alimentada por um LED cuja luz excita as nanopartículas de ouro e o efeito é capturado por um fotodetector instalado na outra extremidade da fibra óptica.

Como explica a professora Regina Allil, este processo é a funcionalização da fibra óptica. “Trata-se de aderir material biológico no qual você tenha interesse, anticorpos e o material que se queira detectar sobre ele. Tipo chave-fechadura. O anticorpo só irá aderir ao material biológico pertinente. Quando houver reação bioquímica entre o antígeno e o anticorpo, o índice de refração muda e a luz será alterada. Para associar um valor quantitativo, a gente aplica a optoeletrônica, circuito em que utilizamos o que sai o sinal óptico que sai da fibra óptica, e converte em sinal elétrico na outra extremidade, por um fotodetector. E tem que correlacionar esse índice de refração do material biológico com uma grandeza elétrica, então usamos microcontroladores Arduino. Em função do que muda no índice de refração há um valor associado, correlacionado como uma grandeza elétrica”.

De acordo com Werneck, o sistema é de baixo custo, pois quase todos seus componentes são de fabricação nacional. “O Led, diodo emissor de luz, placa de Arduino fabricada aqui mesmo, sistema Labview programado no próprio laboratório, tudo feito no Brasil, exceto a fibra de polimetilmetacrilato, que é barata, cinco dólares por metro, ou oito dólares se for uma fibra mais fina”, informa o professor.

O projeto está no TRL 4 (Technology Readiness Level, nível de maturidade tecnológica, em português) e o próximo passo é chegar ao TRL 8, que permitirá a incorporação do sistema em centros de saúde e clínicas populares beneficiando o cidadão comum permitindo respostas mais rápidas e consistentes em termos de contaminação pelo novo coronavírus.

Experiência na medição de indicadores biológicos

De acordo com o professor Marcelo Werneck, coordenador do Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF) da Coppe, há tempos o laboratório tem recebido biólogos e pesquisadores de outras áreas das ciências da saúde, por constatarem a possibilidade de usar sensores de fibra óptica para medir indicadores da área biológica.

“Então, montamos uma equipe multidisciplinar capaz de também trabalhar com biossensores. Por isso fomos convidados pelo Amílcar Tanure (professor do Instituto de Biologia da UFRJ) para entrar em uma subrede de uma grande rede de pesquisa da Faperj sobre Zika, para detectar o vírus em soro. Com a pandemia, a Faperj solicitou que o mesmo grupo já consolidado trabalhasse seis meses para Covid. Recentemente, fomos contemplados em outros dois projetos da Fundação, na terceira ação emergencial para Covid, no edital 43 de 2021”, contextualiza Werneck.

Em novembro, o sistema de detecção portátil criado no LIF foi contemplado mais uma vez. Em uma chamada pública lançada pelo deputado federal Alessandro Molon para destinação dos recursos destinados a emendas parlamentares. Em uma votação popular realizada na internet, na plataforma Nossa Escolha, o projeto liderado pelos professores Marcelo Werneck e Regina Allil foi o mais votado.