IBM 5 em 5:laboratórios médicos "em um chip" servirão como detetives de saúde para rastrear doenças em nanoescala

Um silício wafer projetado para classificar partículas encontradas em fluidos corporais com o objetivo de detecção precoce de doenças.

Quanto mais cedo uma doença for diagnosticada, maior será a probabilidade de ela ser curada ou tratada com sucesso. Por exemplo, câncer de mama e câncer de próstata detectados e tratados no estágio um têm taxas de sobrevivência de cinco anos de quase 100 por cento. No estágio quatro, essa taxa cai para cerca de 26% para o câncer de mama e 28% para o câncer de próstata.

O desafio de encontrar uma doença precocemente é que muitos de nós não procuram tratamento até que tenhamos sintomas, o que significa que a doença já progrediu. As tecnologias de detecção atuais, como mamografias, costumam ser desconfortáveis, inconvenientes e nem sempre precisas.

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• Laboratórios médicos "em um chip" servirão como detetives de saúde para rastrear doenças em nanoescala
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Tenho trabalhado com a genômica do câncer por mais de uma década e meia, durante a qual tenho visto um progresso incrível, principalmente vindo dos avanços na tecnologia da genômica. No início, meu trabalho era focado principalmente em processar conjuntos massivos de dados genômicos provenientes de tecnologias novas na época, como matrizes de expressão de genes e, posteriormente, sequenciamento de RNA.

Há cerca de 10 anos, reconheci que a incrível experiência e recursos em micro e nano tecnologia que temos na IBM Research poderiam ser usados ​​para avançar o sequenciamento de DNA. Cerca de três anos atrás, minha equipe e eu começamos a pensar em como usar a nanotecnologia para criar dispositivos de diagnóstico que, como detetives em busca de pistas, pudessem inspecionar fluidos corporais em busca de biomarcadores nanoscópicos relacionados a doenças nos estágios iniciais. Esses dispositivos podem melhorar muito a perspectiva dos pacientes, dando uma grande contribuição para os cuidados de saúde em áreas como câncer, doenças infecciosas e distúrbios neurodegenerativos.

Após três anos, estamos próximos de concretizar essa visão com o deslocamento lateral determinístico em nanoescala, ou nanoDLD, dispositivo no qual estamos trabalhando dentro do grupo de Nanobiotecnologia da IBM. Nosso objetivo é que, nos próximos cinco anos, possamos combinar esta e outras nanotecnologias com inteligência artificial para superar os desafios atuais e detectar doenças como o câncer nos estágios mais iniciais possíveis.

Qual é a nossa previsão?

Em cinco anos, os avanços nas técnicas de nanobiotecnologia nos permitirão examinar e filtrar os fluidos corporais em busca de pequenas biopartículas que revelam sinais de doenças como o câncer antes de termos quaisquer sintomas, nos avisando imediatamente se devemos consultar um médico.

Por que isso mudará o mundo?

Tratar uma doença como o câncer é caro. De acordo com a American Society of Clinical Oncology, o medicamento contra o câncer aprovado mais recentemente pode custar US $ 10.000 por mês, em média; algumas terapias podem custar US $ 30.000 por mês ou mais. Quando seu médico pode diagnosticar câncer em seus estágios iniciais, suas chances de falência - e morte - diminuem significativamente. Ao tornar quase tão fácil detectar o câncer em estágio inicial quanto fazer um teste de gravidez em casa, mudaremos a economia do câncer e diminuiremos muito seu custo físico e emocional para as gerações futuras.

Ao mesmo tempo, a visão de um medicamento preventivo e personalizado só pode ser concretizada quando a tecnologia permite que os indivíduos tenham um instantâneo periódico dos marcadores fisiológicos, psicológicos, moleculares e celulares de sua saúde. Nossa tecnologia permitirá um rastreamento perfeito da saúde molecular e celular de um indivíduo.

Qual é a tecnologia subjacente?

Várias empresas estão olhando para o uso de biopartículas, como exossomos, para diagnosticar doenças precocemente, embora a IBM seja a primeira a descer à escala necessária e fazer a separação e detecção de exossomos em um chip. Nossa abordagem usa o nanoDLD para processar uma amostra de líquido por meio de um chip de silício com um conjunto de pilares assimétricos projetado pela IBM. A matriz é a chave - permite que o sistema classifique e separe as partículas na amostra. As partículas menores se movem em um movimento de zigue-zague na direção do fluido, enquanto as partículas maiores colidem com a matriz ao longo da direção da assimetria do pilar. As partículas grandes se comportam como motoristas de caminhão forçados a desviar para a pista de caminhões em uma rodovia, enquanto as partículas pequenas se comportam como carros menores fluindo em linha reta sem desvio. De maneira semelhante, nossas matrizes de pilar permitem que materiais de diferentes tamanhos sejam separados e isolados para detecção ou análise. Se você está familiarizado com o jogo Plinko do Price is Right ou a versão japonesa Pachinko, é algo parecido.

A informação extraída desses chips é um sinal que pode indicar se a doença está ou não presente. Isso pode ser combinado com dados de dispositivos habilitados para IoT, como monitores de sono e relógios inteligentes, e processados ​​por sistemas cognitivos para nos dar uma visão completa de nossa saúde.

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Artigos
Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky e Yann Astier, “Matrizes de deslocamento lateral em nanoescala para a separação de exossomos e colóides até 20 nm. ” Nature Nanotechnology.

Patentes
Patente dos EUA nº 9.012.329 - “Nanogap entre metais nobres”

Leia todas as previsões de tecnologia da IBM para 2016 no IBM 5 em 5.

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