Nas indústrias de biotecnologia e farmacêutica, os testes ELISA proporcionam um controle de qualidade crucial durante o desenvolvimento e a fabricação de medicamentos. Os testes podem quantificar com precisão os níveis de proteína, mas também exigem horas de trabalho de técnicos treinados e equipamentos especializados. Isso os torna proibitivamente caros, elevando os custos dos medicamentos e colocando os testes de pesquisa fora do alcance de muitos.

Agora, o Advanced Silicon Group (ASG), fundado por Marcie Black (1994), MEng (1995), PhD (1993) e Bill Rever, está comercializando uma nova tecnologia que pode reduzir drasticamente o tempo e os custos associados à detecção de proteínas. O sensor patenteado do ASG combina nanofios de silício com anticorpos que podem se ligar a diferentes proteínas para criar uma medição altamente sensível de sua concentração em uma determinada solução.

Os testes podem medir a concentração de diversas proteínas e outras moléculas simultaneamente, com resultados geralmente disponíveis em menos de 15 minutos. Os usuários simplesmente colocam uma pequena quantidade de solução no sensor, enxaguam-no e o inserem no sistema de teste portátil da ASG.

“Estamos tornando o teste de proteínas 15 vezes mais rápido e 15 vezes mais barato”, diz Black. “Isso se aplica ao desenvolvimento de medicamentos. Isso também pode tornar a fabricação de medicamentos significativamente mais rápida e econômica. Pode revolucionar a forma como criamos medicamentos neste país e no mundo.”

Desde o desenvolvimento do sensor, a equipe da ASG recebeu consultas de uma longa lista de pessoas interessadas em usá-lo para desenvolver novas terapias, ajudar atletas de elite a treinar e entender as concentrações do solo na agricultura, entre outras aplicações.

Por enquanto, porém, a pequena empresa está se concentrando em reduzir as barreiras na área da saúde vendendo seus sensores de baixo custo para empresas que desenvolvem e fabricam medicamentos.

“No momento, o dinheiro é um fator limitante na pesquisa e na criação de novos medicamentos”, explica Marissa Gillis, membro da equipe da ASG.  “Tornar esses processos mais rápidos e menos custosos poderia aumentar drasticamente a quantidade de testes e criações de produtos biológicos. Também torna mais viável para as empresas desenvolverem medicamentos para condições raras com mercados menores.”

Black cresceu em uma pequena cidade em Ohio antes de ingressar no MIT para cursar três cursos de engenharia elétrica.

Em seu doutorado, Black trabalhou com a falecida professora do Instituto Mildred Dresselhaus, uma física aclamada e pioneira da nanotecnologia, de quem Black se lembra tanto por sua mentoria e compaixão quanto por suas contribuições para a compreensão de materiais exóticos. Black nem sempre tinha condições de voltar para casa nos feriados, então passava o Dia de Ação de Graças com a família Dresselhaus.

“Millie era uma pessoa incrível, e sua família era uma família distante para mim”, diz Black. “Millie continuou sendo minha mentora — e ouvi dizer que ela fez isso com muitos alunos — até o dia em que faleceu.”

Para sua tese, Black estudou as propriedades ópticas dos nanofios, o que lhe ensinou sobre as nanoestruturas e a optoeletrônica que ela eventualmente usaria como parte do Advanced Silicon Group.

Após a graduação, Black trabalhou no Laboratório Nacional de Los Alamos antes de fundar a empresa Bandgap Engineering, que desenvolveu células solares nanoestruturadas, eficientes e de baixo custo. Essa tecnologia foi posteriormente comercializada por outras empresas e se tornou objeto de uma disputa de patente. Em 2015, Black desmembrou o Advanced Silicon Group para aplicar uma tecnologia semelhante à detecção de proteínas.

Os sensores da ASG combinam abordagens conhecidas para sensibilizar silício a moléculas biológicas, usando as propriedades fotoelétricas de nanofios de silício para detectar proteínas eletricamente.

“É basicamente uma célula solar que funcionalizamos com um anticorpo específico para uma determinada proteína”, diz Black. “Quando a proteína se aproxima, ela traz consigo uma carga elétrica que repele os portadores de luz dentro do silício, e isso altera a capacidade de recombinação do elétron e dos buracos. Observando a fotocorrente quando exposto a uma solução, é possível determinar a quantidade de proteína ligada à superfície e, portanto, a concentração dessa proteína.”

A ASG foi aceita na aceleradora de startups START.nano do MIT.nano e no Programa de Intercâmbio de Startups do Escritório de Relações Corporativas do MIT logo após sua fundação, o que deu à equipe de Black acesso a equipamentos de ponta no MIT e a conectou a potenciais investidores e parceiros.

Black também recebeu amplo apoio do Venture Mentoring Service do MIT e trabalhou com pesquisadores dos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas (MTL) do MIT, onde conduziu pesquisas como estudante.

“Embora a empresa esteja em Lowell, [Massachusetts], estou constantemente indo ao MIT e recebendo ajuda de professores e pesquisadores do MIT”, diz Black.

A partir de longas discussões com profissionais da indústria farmacêutica, Black aprendeu sobre a necessidade de uma ferramenta de medição de proteínas mais acessível. Durante o desenvolvimento e a fabricação de medicamentos, os níveis de proteína devem ser medidos para detectar problemas como contaminação por proteínas da célula hospedeira, que pode ser fatal para os pacientes mesmo em quantidades muito baixas.

“Desenvolver um medicamento pode custar mais de US$ 1 bilhão”, diz Black. “Uma grande parte do processo é o bioprocessamento, e 50% a 80% dele é dedicado à purificação dessas proteínas indesejadas. Esse desafio faz com que os medicamentos fiquem mais caros e demorem mais para chegar ao mercado.”

Desde então, a ASG tem trabalhado com pesquisadores para desenvolver testes para biomarcadores associados ao câncer de pulmão e à tuberculose latente e recebeu diversas bolsas da National Science Foundation, do National Institute of Standards and Technology e do estado de Massachusetts, incluindo financiamento para desenvolver testes para proteínas de células hospedeiras.

Este ano, a ASG anunciou uma parceria com a Axogen para ajudar a empresa de reparo regenerativo de nervos a desenvolver tecido nervoso.

“Há muito interesse em usar nosso sensor para aplicações em medicina regenerativa”, diz Black. “Outro exemplo que vislumbramos é se você estiver doente na Índia rural e não houver médico por perto. Você pode ir a uma clínica, os enfermeiros podem aplicar o sensor e fazer testes para gripe, Covid-19, intoxicação alimentar, gravidez e outras 10 coisas ao mesmo tempo. Os resultados saem em 15 minutos, e então você pode obter o que precisa ou fazer uma teleconferência com um médico.”

Atualmente, a ASG é capaz de produzir cerca de 2.000 sensores em chips de 8 polegadas por linha de produção na fundição de semicondutores de sua parceira. À medida que a empresa continua aumentando a produção, Black espera que os sensores reduzam os custos em todas as etapas, entre os desenvolvedores de medicamentos e os pacientes.

“Queremos realmente reduzir as barreiras para testes para que todos tenham acesso a bons cuidados de saúde”, diz Black. “Além disso, existem inúmeras aplicações para a detecção de proteínas. É realmente onde a teoria se concretiza na biologia, agricultura e diagnóstico. Estamos entusiasmados em fazer parceria com líderes em cada um desses setores.”