Todos os anos, cerca de 85.000 americanos são diagnosticados com câncer de bexiga. Embora o tratamento seja frequentemente bem-sucedido, o câncer de bexiga tem uma das maiores taxas de recorrência entre todos os tipos de câncer: após o tratamento, cerca de 50% dos pacientes desenvolvem tumores novamente nos cinco anos seguintes. Isso o torna um dos cânceres mais caros para a sociedade tratar.

Pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova maneira de monitorar regularmente esses pacientes, o que pode permitir a detecção precoce de tumores que voltam a crescer. Usando um cateter revestido com nanossensores especializados, a equipe demonstrou que era possível detectar níveis muito baixos de uma proteína produzida por células cancerígenas da bexiga e visualizar sua localização no tecido.

Os pesquisadores calcularam que essa abordagem de detecção é quase 50.000 vezes mais sensível do que a urinálise, um método que tem sido usado para monitorar o câncer de bexiga em pacientes. Em um estudo com animais, eles demonstraram que os sinais fluorescentes produzidos pelos sensores podem ser usados para identificar a localização do tumor no revestimento da bexiga, fornecendo uma imagem química.

“É como uma câmera para moléculas em vez de luz”, diz Michael Strano, professor de Engenharia Química da Cátedra Carbon P. Dubbs no MIT. “Se você tiver um bilhão de nanossensores em uma matriz, poderá usá-los para criar uma imagem química que o ajudará a localizar sua origem.” 

Strano é o autor principal do estudo, publicado hoje na revista Nature Nanotechnology . Wonjun Yim, pós-doutorando do Schmidt Science, e Hohyung Kang, pós-doutorando do MIT, são os autores principais do artigo. Outros autores incluem o estudante de pós-graduação do MIT Marco Machado, a estudante de graduação Maeve McGinnis e o pós-doutorando Byungha Kang.

A nova abordagem de detecção baseia-se em nanotubos de carbono — cilindros ocos de carbono com espessura nanométrica que fluorescem naturalmente quando expostos à luz laser. Nos últimos 10 anos, o laboratório de Strano demonstrou que esses nanotubos podem ser personalizados para detectar diferentes moléculas, revestindo-os com “anticorpos sintéticos” — polímeros que podem ser projetados para interagir com um alvo específico.

Quando os analitos-alvo estão presentes, sua interação com os anticorpos sintéticos faz com que os nanotubos de carbono alterem o comprimento de onda ou a intensidade da fluorescência que produzem. O laboratório de Strano já desenvolveu cerca de duas dúzias de sensores diferentes capazes de detectar diversos alvos, incluindo peróxido de hidrogênio, riboflavina e  proteínas virais .

Para o novo estudo, os pesquisadores desenvolveram um sensor capaz de detectar uma proteína conhecida como proteína da matriz nuclear 22 (NMP-22), já aprovada pela FDA como biomarcador para câncer de bexiga. A NMP-22 pode ser detectada em amostras de urina, mas geralmente está significativamente diluída, degradada e eliminada após a secreção. Isso significa que os tumores só podem ser detectados em estágios mais avançados.

Para possibilitar a detecção precoce, a equipe do MIT buscou uma maneira de implantar seus sensores dentro da bexiga, onde pudessem detectar o NMP-22 próximo ao tumor em concentrações localmente elevadas. O dispositivo que eles desenvolveram consiste em um cateter urinário revestido com nanotubos capazes de detectar o NMP-22. O cateter também contém um minúsculo dispositivo conhecido como lente esférica, localizado na ponta do cateter. 

Essa lente gira 360 graus, emitindo luz laser e absorvendo a luz fluorescente emitida pelos nanossensores. Ao analisar a cor e a localização desses sinais fluorescentes, os pesquisadores conseguem mapear a localização de qualquer biomarcador detectado.

Essas imagens químicas podem revelar não apenas se o biomarcador está presente, mas também a localização das células cancerosas.

“Ao examinar uma região de tecido, você precisa saber não apenas se há um sinal indicando a presença de um tumor, mas também sua localização, para que possa tratá-lo ou realizar uma biópsia”, diz Strano. “Antes que um tumor em estágio inicial rompa o urotélio e se torne visível, ele está abaixo da superfície, mas ainda emitindo sinais químicos que podem ser visualizados. Quando uma substância química atinge o cateter, não apenas detectamos sua presença, mas também coletamos um mapa que indica sua localização exata.”

Testes em bexigas de animais mostraram que esse tipo de detecção pode ser 180 vezes mais sensível do que uma urinálise convencional, pois detecta biomarcadores diretamente no local onde são produzidos na bexiga, em vez de medi-los posteriormente em fluidos diluídos, como a urina, onde sua concentração é muito menor. Essa alta sensibilidade permitiria que os sensores detectassem sinais de um tumor com apenas 16 milímetros quadrados, afirmam os pesquisadores.

Os pesquisadores do laboratório de Strano estão agora trabalhando no desenvolvimento de uma versão mais compacta de seu protótipo de sistema de imagem, para que possa ser usado com mais facilidade em consultórios médicos. Eles também esperam incorporar seus sensores em um tipo de cateter conhecido como cistoscópio, que possui uma câmera acoplada e é usado para visualizar tumores no revestimento da bexiga. 

Atualmente, pacientes tratados para câncer de bexiga são submetidos à cistoscopia anualmente, ou em alguns casos até com mais frequência, para monitorar a recorrência do câncer. Os novos diagnósticos do MIT devem ser capazes de detectar tumores recorrentes mais cedo do que a cistoscopia, facilitando o tratamento e reduzindo os custos de tratamento e monitoramento, afirmam os pesquisadores.

“Este artigo é empolgante porque mostra como o diagnóstico pode ser mais eficaz quando o sensor é levado até o indivíduo”, diz Daniel Heller, professor de fisiologia e farmacologia da Weill Cornell Medicine, que não participou da pesquisa. “Strano e seus colegas demonstraram que uma tecnologia de nanossensor baseada em nanotubos de carbono pode ser usada para monitorar um câncer diretamente no local, melhorando a velocidade de detecção e, potencialmente, possibilitando aprimoramento do tratamento.”

Essa abordagem também poderia ser integrada à endoscopia para detectar outros tipos de câncer ou outras doenças, como  doenças cardiovasculares ou gastrointestinais, através da troca dos nanossensores acoplados ao cateter.

“A beleza da química de polímeros reside no fato de que, se compreendermos as estruturas moleculares dos biomarcadores-alvo e os princípios de design dos sítios de ligação, podemos desenvolver novos sensores personalizados para diferentes doenças”, afirma Yim. “Imagine se esses sensores fossem integrados ao cateter: eles poderiam revelar biomarcadores invisíveis que os procedimentos endoscópicos atuais não detectam, abrindo caminho para a detecção de muitas outras doenças no futuro.”

A pesquisa foi financiada pelo Projeto Bridge do Instituto Koch e do Centro de Câncer Dana-Farber/Harvard, por uma Bolsa de Estudos Científicos Schmidt, pelo Programa UROP do MIT, pela Mathworks Inc. e por uma Bolsa de Pesquisa de Pós-Graduação da Fundação Nacional de Ciência (NSF).