Triagem de TB não invasiva e plataforma de mapeamento de pacientes usando respiração por meio de sensor de nanotubo de dióxido de titânio de baixo custo

A tuberculose é uma doença infecciosa causada por várias cepas de micobactérias. Ele normalmente infecta os pulmões e se espalha pelo ar quando um paciente infectado espirra, tosse ou cospe. Quando isso ocorre, os bacilos da tuberculose são lançados no ar em gotículas que podem permanecer suspensas por longos períodos de tempo. Um indivíduo simplesmente precisa inalar uma pequena quantidade de bacilos para se infectar.

Os métodos convencionais de detecção e diagnóstico da TB são tradicionalmente realizados em laboratórios ou hospitais. Por exemplo, o método mais comum para o diagnóstico de TB é a coloração ácido-resistente de uma amostra de escarro que é seguida por um teste de baciloscopia de escarro. No entanto, uma desvantagem do teste de escarro é sua baixa sensibilidade, estimada em 70%. Além disso, a sensibilidade da baciloscopia de escarro em ambientes de campo tem se mostrado muito menor (35%), especialmente em populações com altas taxas de coinfecção por TB e HIV. A cultura de micobactérias a partir de amostras de escarro é uma técnica mais sensível. As amostras de escarro são coletadas e cultivadas em meio sólido ou meio líquido procurando a presença da micobactéria. No entanto, essa metodologia leva tempo para ser conduzida (3 a 4 semanas para culturas sólidas e 10 a 14 dias para culturas líquidas), o que dificulta o emprego em ambientes com poucos recursos, geralmente longe das instalações de teste.

Recentemente, outras tecnologias foram desenvolvidas, incluindo microscopia de fluorescência para testes de esfregaço (10% mais sensível do que a microscopia de luz), microscopia fluorescente de LED para equipamentos de imagem baratos que podem ser usados ​​em campo sem a necessidade de câmara escura e técnicas de cultura rápida para reduzir tempo de incubação. Apesar de todas as melhorias que foram feitas no diagnóstico de TB, nenhum teste POC simples e barato está disponível atualmente. As técnicas mencionadas acima se concentram em variações de microscopia ou técnica de cultura. Em ambos os casos, esses métodos requerem instalações de laboratório e pessoal altamente treinado que normalmente não estão disponíveis em muitas áreas rurais ou com poucos recursos.

Pesquisas recentes mostraram que várias cepas da micobactéria produzem biomarcadores voláteis gasosos distintos que podem ser usados ​​como uma metodologia para detectar e identificar a micobactéria. Especificamente, Syhre e Chambers descobriram que as culturas de Mycobacterium tuberculosis e Mycobacterium bovis emitem quatro biomarcadores orgânicos voláteis específicos (VOBs): fenilacetato de metila, p-anisato de metila, nicotinato de metila e o-fenilanisol. Esses compostos foram detectados antes do aparecimento visual das colônias, o que pode ter implicações na detecção da infecção latente por tuberculose. Syhre et ai. foram capazes de detectar diferenças estatisticamente significativas de nicotinato de metila na respiração de pacientes com baciloscopia positiva quando comparados a indivíduos saudáveis ​​(baciloscopia negativa). As análises nesses estudos foram feitas usando ferramentas de análise de cromatografia gasosa/espectroscopia de massa. Embora sejam eficazes na identificação e quantificação de amostras complexas de gases, são caros, volumosos e não são apropriados para diagnósticos no ponto de atendimento (POC).

Esses desafios associados ao diagnóstico de TB são significativos, pois a TB é a segunda principal causa de morte devido a um único organismo infeccioso e é responsável por 1,3 milhão de mortes anualmente (mais de 3.500 todos os dias), de acordo com a OMS. No geral, cerca de 2 bilhões de pessoas estão atualmente infectadas em todo o mundo, com 8,6 milhões de novas infecções ativas ocorrendo a cada ano.[8] Cada um desses indivíduos pode transmitir a doença para 10 a 15 pessoas por ano e enfrentar uma taxa de mortalidade de 50% se não for tratado. O ônus econômico da tuberculose é impressionante, pois o Banco Mundial estima que os países com alta carga podem perder até 7% do PIB devido às perdas de produtividade dos pacientes com tuberculose e seus cuidadores. É tão crítico que o Banco Mundial destinou US$ 100 milhões para testar e tratar a tuberculose na Índia somente em 2014.

Dos 8,6 milhões de novos casos de tuberculose ativa que ocorrem anualmente, a OMS estima que cerca de 3 milhões desses pacientes não recebem o diagnóstico ou os cuidados de que precisam. Uma das principais razões para essa lacuna são os atrasos no acesso aos cuidados relacionados à TB ou os longos prazos para os testes de diagnóstico. Como resultado, o desenvolvimento de novos testes de triagem em grande escala (também conhecidos como testes de triagem ou "exclusão") é particularmente necessário devido ao fato de que até 80% das pessoas testadas para TB não têm doença ativa, ampliando o limitado e valioso recursos dedicados a testes diagnósticos. Como resultado, a FIND, líder mundial em orientação e coordenação de pesquisa e desenvolvimento para doenças como a tuberculose, classificou o desenvolvimento de novos testes de triagem como uma das 3 principais prioridades na luta contra a tuberculose.

Este estudo piloto será conduzido para determinar se uma metodologia de detecção recém-desenvolvida para triagem de TB no POC baseada em biomarcadores voláteis é viável através do uso de um sensor de estado sólido de baixo custo usando matrizes de nanotubos 3D TiO2 funcionalizados que ligam os biomarcadores voláteis. Se a sensibilidade clínica for suficiente, essa tecnologia pode fornecer um meio de identificar muitos dos pacientes de tuberculose 'perdidos' e permitir que os recursos e esforços de teste sejam concentrados naqueles com maior risco de contrair a doença.

Anteriormente, testamos o perfil respiratório de um pequeno número de pacientes de clínicas locais de TB e confirmamos a presença desses biomarcadores em sua respiração (IRB_0065207). Estudos de pacientes maiores agora são necessários para obter uma estimativa da sensibilidade e especificidade para determinar o potencial de usar o sensor como um teste de triagem. Este estudo será conduzido em Mumbai, na Índia, com o sistema Research Electronic Data Capture (REDCap) da Universidade usado para coletar e armazenar com segurança os dados deste estudo.

Este estudo foi revisado e aprovado pelo Comitê de Ética para Pesquisa em Seres Humanos do Instituto da Missão Mahatma Gandhi de Ciências da Saúde e pelo Comitê Consultivo Científico.