Desbloqueando o Futuro dos Medicamentos Contra o Câncer da Próxima Geração

A nova tecnologia pode levar a testes mais rápidos e precisos para acelerar os desenvolvimentos na indústria de saúde e biotecnologia.

Na Texas A&M University, um laboratório de pesquisa está mudando o jogo da microfluídica de gotículas, uma técnica que envolve a realização de experimentos em gotículas de líquido em nanoescala em um ambiente controlado. A equipe desenvolveu um sistema que torna a microfluídica de gotículas mais rápida, de menor custo e mais precisa.

Dr. Arum Han, o Professor da Texas Instruments no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, e seu laboratório criaram uma tecnologia chamada NOVAsort (Next-generation Opto-Volume-based Accurate droplet sorter), um sistema que permite a triagem de alto rendimento de moléculas e células com taxas de erro significativamente reduzidas.

Considerando que pesquisas anteriores se concentraram em aumentar a velocidade dos ensaios (um tipo de teste de laboratório), as descobertas da equipe, que foram publicadas na Nature Communications, estão entre as primeiras a melhorar significativamente a precisão sem comprometer a velocidade dos ensaios.

Nas áreas de biotecnologia, saúde e química, há a necessidade de fazer um grande número (milhões e bilhões) de triagem ou teste de células e moléculas. No entanto, uma das maiores limitações da microfluídica de gotículas, apesar de suas principais vantagens em testes rápidos, é um alto grau de erro nas operações de gotículas de várias etapas, e é por isso que essa poderosa tecnologia não foi amplamente adotada e comercializada além de alguns ensaios muito simples.

"Podemos ser capazes de desenvolver melhores medicamentos, melhores materiais e melhores produtos químicos, potencialmente a um custo menor e que sejam mais ecológicos e sustentáveis.

Dr. Arum Han Professor de Engenharia Informática e Elétrica

“Digamos que você seja um desenvolvedor de medicamentos na indústria farmacêutica ou desenvolva novas moléculas de alto valor na indústria de biotecnologia”, disse Han. “Você tem que testar milhões de compostos de drogas diferentes para ver se eles são eficazes contra uma célula cancerígena específica, ou testar milhões de células diferentes uma célula de cada vez para encontrar as células mais produtivas para desenvolver uma boa cepa celular. Em outro exemplo, existem inúmeros microrganismos no ambiente, e para descobrir qual deles pode ser mais útil, ou qual deles está fazendo quais funções, você tem que testar milhões e milhões de células individuais, uma de cada vez.”

Convencionalmente, esses experimentos devem ser repetidos por meio de um processo demorado e caro. Com a tecnologia NOVAsort sem erros de Han, a microfluídica de gotículas está pronta para se tornar uma técnica muito mais valiosa na indústria farmacêutica e de biotecnologia, em empresas agrícolas e em pesquisas científicas, onde a realização de milhões de experimentos é crucial e muitas vezes feita manualmente.

“Se você testar dez mil ou um milhão de ensaios, então o erro de 5% é um número muito grande. Nossa invenção reduz significativamente o erro nesta célula única ou triagem de nível de molécula única em microfluídicos de gotículas, de modo que, por exemplo, a partir de um erro de 5% agora você tem um erro de 0,01%”, disse Han. “Usando este método, você pode executar milhões de ensaios, e ainda assim o falso positivo ou falso negativo é muito pequeno. Com essa nova tecnologia, a microfluídica de gotículas se torna uma ferramenta extremamente poderosa.”

O Impacto

O NOVAsort decorre de um projeto de US$ 15 milhões financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) que Han recebeu em 2019. O objetivo era ir para o campo e isolar e recuperar amostras de solo e água para identificar rapidamente microorganismos potencialmente prejudiciais nessas amostras. Para conseguir isso, Han e sua equipe desenvolveram uma tecnologia para testar milhões de amostras individuais de bactérias.

“Para esse projeto, ser rápido e altamente preciso foi crucial, porque se você tiver muitos resultados propensos a erros, poderá classificar incorretamente se algo é prejudicial ou não”, disse Han. “Isso estava realmente impulsionando nossa motivação para desenvolver essa tecnologia: reduzir o erro para que, quando você sair e testar milhões e bilhões de micróbios, a taxa de erro seja muito, muito baixa.”

O projeto DARPA plurianual de Han resultou no NOVAsort, que agora pode ser amplamente utilizado para uso civil. Por exemplo, essa tecnologia pode ser desenvolvida para ajudar os médicos a fazer a melhor e mais oportuna estratégia de intervenção contra doenças.

“Digamos que alguém esteja infectado por um microrganismo patogênico”, disse Han. “Os médicos tentam um tratamento com antibióticos, mas a linha de frente dos antibióticos não funciona. Eles têm que descobrir rapidamente qual medicamento pode ser o melhor antibiótico em qual dose usar contra doenças infecciosas difíceis de tratar.”

Como a nova tecnologia de Han permite uma triagem de alto rendimento, testando milhões de amostras em um curto período de tempo - isso também significa que pode melhorar a velocidade e a precisão na descoberta de potenciais candidatos a medicamentos com resultados mais precisos, incluindo a próxima geração de medicamentos contra o câncer, antimicrobianos e antifúngicos.

Além disso, essa tecnologia pode encontrar aplicações na biofabricação, que envolve o uso de sistemas biológicos para produzir produtos valiosos, produtos químicos e moléculas. O NOVAsort poderia acelerar o processo de aproveitamento de organismos biológicos que podem produzir moléculas altamente úteis.

“Podemos ser capazes de desenvolver melhores medicamentos, melhores materiais e melhores produtos químicos, potencialmente a um custo menor e que sejam mais ecológicos e sustentáveis”, disse Han.

Com o crescente interesse em trabalhos auxiliados por computador, como inteligência artificial e aprendizado de máquina, o NOVAsort também pode ser usado para gerar um grande número de dados de erros de alta qualidade e quase zero para pesquisadores.

Colaboração E Esforços Futuros

NOVAsort é uma colaboração entre o Han's NanoBio Systems Lab e o especialista em ciências médicas Dr. Paul de Figueiredo, ex-Texas A&M Health Science Center e atualmente o Professor NextGen Precision Health Endowed na Universidade de Missouri. Eles passaram anos trabalhando juntos no desenvolvimento de tecnologia microfluídica e aplicando-a à pesquisa médica e biotecnológica, com mais avanços por vir.

Todos esses chips microfluídicos estão sendo fabricados na AggieFab Nanofabrication Facility, a instalação de sala limpa de última geração da Texas A&M University, que também está sendo apoiada pela recente Lei de Chips do Texas.

“Meu laboratório tem trabalhado na inovação tecnológica, e a aplicação dessa tecnologia é onde colaboramos amplamente com a faculdade de medicina e profissionais de biotecnologia”, disse Han. “Quanto ao futuro dessa tecnologia, o objetivo é alcançar 0% de erro.”

“Estamos muito orgulhosos deste trabalho”, acrescentou Han. “Continuaremos a melhorar essa tecnologia construindo chips microfluídicos que podem realizar experimentos muito complexos e aplicar essa tecnologia em gamas mais amplas de aplicações para realizar pesquisas e desenvolvimento mais rapidamente, mantendo o erro o mais baixo possível. Nosso foco é inovar a tecnologia microfluídica da próxima geração.”

Fonte: https://stories.tamu.edu/news/2025/07/11/unlocking-the-future-of-next-generation-cancer-drugs/