Diagnóstico Em Casa e Por Centavos: Sensor Revolucionário Detecta Câncer e HIV

Cientistas do MIT criaram um sensor barato e descartável que usa DNA e a tecnologia CRISPR para detectar doenças como HIV e câncer. Esse sensor funciona sem precisar de refrigeração e pode ser armazenado por até dois meses, mesmo em temperaturas altas. Ele identifica sinais da doença em amostras como saliva ou urina e custa menos de 50 centavos, podendo facilitar diagnósticos rápidos e acessíveis, até mesmo em casa.

Em um futuro próximo, talvez seja possível diagnosticar doenças graves como HIV, HPV ou até câncer usando um teste simples, barato e feito em casa, tudo graças a sensores inovadores desenvolvidos por pesquisadores do MIT. 

No centro dessa tecnologia está um pequeno eletrodo, um componente fundamental do sensor, feito de uma tira metálica (geralmente ouro), coberta com moléculas de DNA. Esse eletrodo é capaz de identificar sinais muito específicos de doenças, funcionando de forma parecida com os testes de glicose que medem o açúcar no sangue. 

Esses sensores fazem parte de uma categoria chamada biossensores eletroquímicos, que detectam doenças ao registrar mudanças na corrente elétrica causadas por interações com moléculas do corpo humano, como genes ou proteínas. A grande vantagem desse tipo de sensor é que ele é rápido, sensível (capaz de identificar até pequenas quantidades de material genético) e pode ser adaptado para várias doenças. 

Uma inovação fundamental nesse novo sensor do MIT é o uso da tecnologia CRISPR, um sistema genético que corta o DNA, para ativar o sensor de forma extremamente específica.

Funciona assim: o DNA preso ao eletrodo é programado para reconhecer um gene específico ligado a uma doença. Quando o sensor é exposto a uma amostra (como urina, saliva ou um cotonete nasal), e se esse gene estiver presente, a enzima CRISPR (chamada Cas12) é ativada. Ela age como um cortador de grama, “picando” todo o DNA ao redor.

Isso muda o sinal elétrico do eletrodo, permitindo que o sensor “perceba” que há algo errado, e tudo isso pode ser lido por um pequeno aparelho portátil.

Apesar do enorme potencial, sensores como esse tinham um problema: o DNA que recobre o eletrodo era frágil. Ele podia se degradar com o tempo, especialmente em temperaturas altas ou fora da geladeira, o que exigia que os sensores fossem usados logo após a fabricação. Isso limitava muito seu uso em locais sem infraestrutura médica, como comunidades remotas ou países em desenvolvimento.

Para resolver esse desafio, os cientistas usaram um revestimento protetor simples, feito de um material chamado PVA (álcool polivinílico), o mesmo usado em colas e filmes plásticos. Esse material forma uma camada fina sobre o eletrodo, protegendo o DNA contra o calor, o oxigênio e outras condições que normalmente o destruiriam.

Com esse revestimento, o sensor pode ser armazenado por pelo menos dois meses, mesmo em temperaturas de até 65 °C, sem perder a capacidade de detectar doenças com precisão.

Um dos testes de demonstração usou o sensor para identificar um gene relacionado ao câncer de próstata (PCA3) na urina, com sucesso total mesmo após semanas de armazenamento. O sensor também funcionou com amostras de saliva e nariz, e pode ser facilmente adaptado para detectar outras doenças infecciosas, como o HIV e o HPV. E o melhor de tudo: cada sensor custa menos de 50 centavos para ser produzido.

Teste que usou voltametria de onda quadrada (SWV), uma técnica eletroquímica, para verificar se o DNA presente em eletrodos funcionais ainda estava intacto após 14 dias de armazenamento protegido por uma camada de PVA (álcool polivinílico). O teste foi feito com dois grupos de eletrodos: (a) Eletrodos tratados com tampão DNase: aqui os pesquisadores usaram apenas o tampão, ou seja, a solução usada para manter as condições ideais de pH e salinidade, mas sem a enzima DNase ativa. Isso serve como controle, porque não deve degradar o DNA. (b) Eletrodos tratados com DNase ativa: nesse caso, os eletrodos foram expostos à enzima DNase, que tem a função de degradar DNA. Se o DNA estiver acessível (não protegido ou já degradado), a DNase irá cortá-lo e isso será refletido na mudança do sinal elétrico medido pela técnica SWV. Em resumo, a figura compara como os eletrodos se comportam após duas semanas de armazenamento: um grupo foi apenas "enxaguado" (controle), enquanto o outro teve o DNA realmente atacado pela enzima, para ver se o DNA ainda estava lá e funcional. Se o revestimento de PVA protege bem o DNA, ele ainda estará presente e será cortado pela DNase, e isso será detectado pelo SWV.

Segundo Ariel Furst, professora de engenharia química do MIT e uma das líderes do projeto, o objetivo é tornar esse tipo de diagnóstico acessível a todos, especialmente onde não há clínicas, laboratórios ou médicos por perto. “Queremos que as pessoas possam fazer testes de doenças em casa, sem depender de um hospital”, afirmou.

Essa tecnologia representa um passo enorme rumo a uma medicina mais democrática, portátil e preventiva, com sensores descartáveis e duráveis, capazes de detectar doenças precocemente, sem exigir especialistas, laboratórios caros ou refrigeração. É a ciência tornando o diagnóstico acessível e salvando vidas, onde quer que elas estejam.

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Polymer Coating for the Long-Term Storage of Immobilized DNA

Xingcheng Zhou, Jessica Slaughter, Smah Riki, Chao Chi Kuo, and Ariel Furst

ACS Sensors. June 30, 2025 

https://doi.org/10.1021/acssensors.5c00937

Abstract: 

As healthcare systems worldwide demand early disease detection and personalized medicine, electrochemical biosensors stand out as a promising technology to meet these demands due to their sensitivity, selectivity, and rapid response. Specifically, DNA-based electrochemical biosensors are versatile and have been used to identify biomarkers of various infectious diseases. However, there is a significant gap between laboratory-scale proof-of-concept systems and commercially viable technologies. Commercialization of such sensors faces many challenges, with one of the most important being the stability and shelf life of the immobilized DNA. Surface-associated DNA faces thermal degradation, structural changes, and oxidation of tethering thiol groups, which causes DNA stripping from the surface. Currently, technology to support the long-term storage of these sensors at ambient temperatures is limited. Here, we report a novel method to preserve DNA in electrochemical biosensors through the application of a protective coating of poly(vinyl alcohol) (PVA). We show that with our PVA coating, the shelf life of dried, DNA-functionalized electrodes at ambient temperature is a minimum of 2 months. We further demonstrate that the protective capabilities of PVA extend to temperatures as high as 65 °C and that the biological relevance of the assay is not impacted by the coating. Our simple approach to DNA protection supports our understanding of how the electrode interfaces with biomolecules and facilitates biosensor scaling and commercialization.