Nova matriz de nanosensores para detecção de biomarcadores voláteis da pele na esclerose múltipla (Nano-Skin-MS)

ANTECEDENTES A esclerose múltipla (EM) é a doença neurológica crónica mais comum que afeta adultos jovens, com início geralmente entre os 20 e os 40 anos de idade. A doença é caracterizada por dois fenótipos principais: EM Remitente Recidivante (EM-RR) e EM Progressiva Primária (EM-PP). RR-MS é o tipo mais comum de doença, para o manejo a longo prazo da doença, os pacientes são tratados com drogas imunomoduladoras (IMD) que reduzem a atividade da doença. A resposta à terapia varia entre os pacientes. Atualmente não há biomarcadores disponíveis para diagnóstico e acompanhamento de rotina da EM. IgG oligoclonal no LCR - que auxiliam na confirmação do diagnóstico, requerem procedimento invasivo e não se correlacionam com a atividade da doença nem com a resposta à terapia e a ressonância magnética, que permite monitorar a atividade da EM e seu tratamento, é muito cara para ser usada rotineiramente. Além disso, os pacientes com EM-RR estão sob estresse significativo, pois o episódio de recaída pode aparecer instantaneamente sem nenhum sinal de alerta reconhecido. Se os biomarcadores relacionados à recaída puderem ser identificados, um teste de previsão potencial poderá ser desenvolvido, o que eventualmente pode permitir uma contra-ação médica adequada fornecida antes que a recaída aumente. Além disso, o diagnóstico precoce de EM e a previsão de recaída reduziriam a taxa de acúmulo de incapacidade e economizariam dias de hospitalização.

Aqui, os investigadores propõem: explorar ainda mais a capacidade de uma tecnologia de detecção simples e portátil para prever e monitorar MS de amostras voláteis. A tecnologia desenvolvida no laboratório do Prof. Hossam Haick provou ter potencial para o diagnóstico de várias condições médicas, como doenças malignas, infecciosas e neurológicas, incluindo dois estudos clínicos sobre EM (Broza et al 2017; Broza et al 2015; Ionescu et al 2011; Nakhleh et al 2017 e Peng et al 2009). A abordagem baseia-se no fato de que a membrana celular consiste principalmente de fosfolipídios anfipáticos, carboidratos e muitas proteínas integrais de membrana que são distintas para diferentes tipos de células. Nos processos de doença, as células sofrem alterações estruturais que podem levar ao estresse oxidativo, ou seja, uma peroxidação da membrana celular que causa a emissão de compostos orgânicos voláteis (VOCs). Alguns desses VOCs aparecem em composições de mistura distintamente diferentes, dependendo se a célula é saudável ou não. Acredita-se que o estresse oxidativo na EM contribua para a lesão tecidual em lesões inflamatórias focais e esteja envolvido na degeneração axonal difusa e na desmielinização (Gilgun-Sherki et al 2004). O que é particularmente significativo sobre esta abordagem é que cada tipo de doença tem seu próprio padrão único de VOCs e, portanto, a presença de uma doença geralmente não rastrearia outros tipos de doenças. Esses VOCs podem ser detectados diretamente a partir de diferentes fluidos corporais como respiração exalada ou pele. Em certos casos, a análise do hálito e da pele oferece várias vantagens potenciais: (a) amostras de hálito/pele não são invasivas e fáceis de obter; (b) hálito/pele contém misturas menos complicadas do que soro ou urina; e (c) o teste respiratório/cutâneo tem potencial para monitoramento em tempo real. O NA-NOSE realiza a detecção de odores usando sensores de reação cruzada amplamente em conjunto com métodos de reconhecimento de padrões (Broza et al 2017; Peng et al 2009). Em contraste com a abordagem de "chave e fechadura", cada sensor no NA-NOSE é amplamente responsivo a uma variedade de odores. Isso aumenta a variedade de compostos aos quais muitos sensores diferentes são sensíveis, permitindo assim análises de biomarcadores em meios complexos de vários componentes.

OBJETIVOS DA PESQUISA E SIGNIFICADO ESPERADO

O tratamento alvo precoce em episódios de recaída é crucial, mas ferramentas suficientes para prever e identificar os sintomas iniciais de um próximo episódio de recaída não estão disponíveis. Os investigadores mostraram mais recentemente que os VOCs respiratórios podem ser usados ​​para classificar entre pacientes com e sem EM (Broza et al 2017). O principal objetivo da presente proposta é acompanhar essa conquista recente e testar a plausibilidade da análise de VOC baseada na pele para fornecer informações complementares sobre potenciais biomarcadores do tipo de doença (RR-MS e PP-MS), bem como o monitoramento de atividade da doença e, especificamente, previsão de episódio de recaída em pacientes com EM. Os objetivos do projeto serão alcançados pelos seguintes objetivos específicos:

Objetivo 1: Estudar a plausibilidade de VOCs baseados na pele como biomarcadores para o diagnóstico de EM. Nesta parte, os investigadores irão 1) empregar metodologia previamente desenvolvida para amostragem de pele VOC e adaptá-la para pacientes com EM (RR-MS, SP-MS, PP-MS). 2) Para determinar a especificidade das descobertas, os investigadores testarão ainda mais a diferença nos perfis de VOC entre pacientes com e sem EM (controles saudáveis) usando tecnologia de sensor e/ou espectrometria de massa por cromatografia gasosa (GC-MS) (parte de que será planejado para estudo de acompanhamento). Quando plausível, uma subanálise será realizada para detectar diferenças de VOCs com base na pele entre pacientes com RR-MS e SP-MS e PP-MS Com base no resultado da primeira etapa que identificará alterações voláteis entre MS e controles saudáveis ​​da pele os investigadores avaliarão a plausibilidade de incluir outros grupos populacionais não portadores de EM, como pacientes com outras doenças autoimunes ou neurológicas. Se sim, a alteração apropriada será apresentada.

Objetivo 2: Identificar e caracterizar VOCs de pele como biomarcadores da recidiva clínica e atividade da doença, medindo e analisando o perfil de VOCs durante a recaída e remissão. Com base no resultado da primeira etapa, os investigadores testarão a capacidade do teste de VOC baseado na pele de monitorar mudanças sutis nos metabólitos que podem indicar o início, a progressão e o término do episódio de recaída. Isso será alcançado pelo trabalho de análise de sensor e/ou GC-MS para identificar possíveis alterações nos biomarcadores durante a recaída. Em um estudo de acompanhamento, os investigadores pretendem avaliar Recaída versus "Pseudo-Recaída".

Significado esperado, o estudo proposto pode ter um grande impacto nos cuidados médicos e no bem-estar dos pacientes com esclerose múltipla. O diagnóstico precoce e a previsão da atividade da doença permitirão uma intervenção terapêutica precoce e personalizada, a prevenção de danos neurológicos irreversíveis e o acúmulo relacionado de incapacidades, reduzindo os custos médicos. Além disso, o projeto será um passo importante na aplicação de nanossensores para detecção de biomarcadores em pesquisa médica e prática de teranóstica (terapia baseada em diagnóstico) para a implementação da Medicina de Precisão.

PLANO DE ESTUDO Coleta de amostras VOCs relacionados à pele seriam coletados usando adesivos de polidimetilsiloxano (PDMS) de diferentes locais do corpo para sensores e/ou análise GC-MS. Os materiais absorventes serão aderidos à pele em diferentes locais (braço/mão ou peito ou testa), após a limpeza da pele com álcool e água limpa. Os adesivos serão cobertos com papel alumínio e selados com fita adesiva médica por até uma hora. Um total de 2-4 adesivos de silicone para cada paciente serão coletados a cada vez. As amostras coletadas no PDMS serão transferidas para frascos de vidro e armazenadas até 4 ˚C até serem enviadas ao Technion para análise NA-NOSE e GC-MS. Todas as amostras coletadas serão codificadas. A resposta do sinal dos sensores será avaliada a fim de combinar os melhores sensores para a amostra. O GC-MS fornecerá informações iniciais sobre o perfil médio da pele de MS e controle e avaliará a necessidade de pequenos ajustes no procedimento de amostragem (por exemplo, tempo de amostragem).

Estatísticas Padrões específicos e modelos preditivos para as condições de MS estudadas serão derivados da saída da matriz de sensores, usando métodos avançados de reconhecimento de padrões como análise de funções discriminantes (DFA), análise de componentes principais (PCA), redes neurais (NN) ou similares. A significância estatística dos resultados será determinada usando testes paramétricos ou a-paramétricos, como o teste T de Student, Man Whitney ou análise pareada. Valores de p<0,05 serão considerados significativos.