Desenvolvimento de novas aplicações terapêuticas Usando microfluídica

Meu nome é Mamed Toner. Sou formado em engenharia mecânica inicialmente e depois em engenharia biomédica e ciências. Sou membro do corpo docente do Hospital Geral de Massachusetts, da Escola Médica de Harvard e da divisão de Ciências e Tecnologia da Saúde de Harvard e MIT, onde investigo diversas aplicações da engenharia biomédica na medicina, que variam desde a detecção de células raras no sangue, que podem ser identificadas rapidamente pela alteração de sua fisiologia, permitindo compreender a fisiologia dessas células em estados patológicos, por exemplo, em inflamação ou em pacientes com queimaduras ou traumatismos.

E tentar compreender a resposta do sistema imunológico inato e entender como as células sanguíneas regulam a resposta inflamatória nesses tipos de casos, além de analisar sua genômica e proteômica. Em exemplos desse tipo, o que se deseja é identificar essas células sem alterar sua fisiologia e níveis de expressão, entre outros fatores. Assim, o que se investiga é a fisiologia natural do problema subjacente, e não um artefato decorrente do manuseio das células.

Outras aplicações serão dispositivos do tipo ponto de atendimento, como chips para saúde global que poderiam medir células de interesse que determinarão o início da terapia, tal como o nível de linfócitos positivos para CD4. Assim, estamos trabalhando no desenvolvimento de chips que poderiam localizar e contar as células positivas para CD4, com base em uma tecnologia de microchip microfluídico, e aplicações mais complexas estarão no que chamamos de detecção de células raras. Na medicina clínica, geralmente lidamos com células comuns e tentamos compreender a fisiologia da pessoa com base nessas células.

Mas, na realidade, muitos dos processos fisiológicos ou patofisiológicos são controlados por células muito mais raras, como células dendríticas, células-tronco e células regulatórias, ou, no caso do câncer, células tumorais circulantes. Portanto, temos interesse em encontrar células raras que realmente determinem a resposta a diversos tratamentos, além de poderem ser utilizadas como ferramentas diagnósticas. Assim, trata-se de um aspecto muito amplo da utilização da microfluídica e do movimento, posicionamento de células em chips para diversas aplicações diagnósticas e terapêuticas.

Estudos iniciais em microfluídica concentraram-se principalmente na construção, aproveitando as ferramentas das tecnologias de microsistemas desenvolvidas para aplicações do tipo circuito integrado, e na aplicação de sistemas miniaturizados para conceitos do tipo laboratório-em-um-chip, nos quais se desenvolveriam citometria de fluxo microfluídica, sistemas de eletroforese microfluídica e sistemas de cromatografia microfluídica. A partir desses estudos de miniaturização, aprendemos muito sobre como integrar sistemas biológicos com microsistemas. No entanto, o que tem faltado no campo até agora são aplicações importantes, aplicações bem-sucedidas que possamos chamar de grandes sucessos ou aplicações com grande impacto clínico dessas tecnologias.

Assim, nossos laboratórios, especialmente por estarem em um grande hospital de pesquisa, concentram-se em explorar aplicações significativas e viabilizadoras dessas tecnologias, identificando áreas nas quais podemos resolver problemas que de outra forma não poderiam ser solucionados. Por exemplo, no caso da AIDS em uma aplicação de saúde global, um chip muito barato, que possa ser usado para encontrar e não ver o para chip descartável encontrar e não ver o para linfócitos positivos a partir de sangue total, obtido de uma gota de sangue coletada por punção digital, e que tenha características de teste na ponta de uso. E essa tecnologia, se for bem-sucedida, será utilizada por milhões de pessoas.

Portanto, a fabricação dessas coisas, sua ampliação e uso em aplicações de grande impacto, onde temos concentrado nossa atenção, assim como muitos outros na área recentemente. Mas é aí que vejo que haverá avanços significativos no campo, ao encontrar aplicações relevantes dessas tecnologias na medicina clínica e nas ciências biológicas. As mesmas ferramentas também estão sendo exploradas, de maneiras muito engenhosas, para abordar processos biológicos fundamentais, como investigar interações entre células, estudar como as células respondem a estímulos ambientais e controlar com grande precisão o microambiente de células e tecidos, o que pode então ser usado para compreender os processos fundamentais que regulam a resposta biológica. As aplicações disso incluem conceitos do tipo salário vivo, nos quais estamos trabalhando, onde células — ou clones de células — serão marcados com genes repórter que poderão ser inseridos em uma rede microfluídica muito complexa e expostos a milhares de condições diferentes em um único experimento.

E você pode monitorar a expressão gênica em tempo real dessas células marcadas com espec, diferentes clones marcados com genes diferentes. Questões críticas são uma das maiores dificuldades do campo, na minha opinião, e dizem respeito à forma de traduzir essas descobertas da ciência básica ou essas tecnologias interessantes, por assim dizer, em novas terapias ou aplicações biológicas significativas; é um campo altamente multidisciplinar.

Você precisa de engenheiros, precisa de físicos, precisa de biólogos, neurobiólogos, dependendo das aplicações. Portanto, conectar as disciplinas é, na minha opinião, um dos maiores desafios. A maioria das descobertas iniciais foi feita por engenheiros e físicos sem uma boa formação ou compreensão dos problemas biológicos.

Mas mais recentemente, os biólogos também estão descobrindo isso, essas ferramentas, uma diferença muito empolgante entre essas diferentes disciplinas está sendo significativamente reduzida nos últimos anos, devido ao interesse tanto no lado da biologia quanto nos pesquisadores multidisciplinares, como o nosso grupo, que estão explorando essas aplicações na medicina clínica e na biologia. Para mim, esse aspecto multidisciplinar é uma das questões principais que afeta a tradução dessas ideias. A outra é a ponte entre a academia e a indústria.

Muitas dessas ideias são geradas na academia, mas são muito complexas e envolvem células, processos biológicos complexos e também questões complexas de engenharia, fabricação e embalagem. Assim, a tradução para a comercialização dessas tecnologias é algo que exige uma atenção enorme. Parte dessa responsabilidade recai, recai sobre os ombros da indústria.

Como realizar avanços fundamentais na indústria não é um processo tão direto, especialmente quando envolve estudos clínicos e amostras biológicas. Assim, diante dessas duas questões, a natureza multidisciplinar da área e a translação do ambiente acadêmico para o industrial podem ser os dois grandes obstáculos que precisamos superar nos próximos anos. Mas há muitos grupos trabalhando nesses desafios, e vejo um futuro bastante empolgante para as aplicações do que chamo de tecnologias diminutas, as tecnologias micro e nano na medicina e na biologia.