Usando uma série de pequenas agulhas que são quase pequenas demais para serem vistas, os pesquisadores desenvolveram uma técnica minimamente invasiva para amostrar um fluido corporal humano em grande parte inexplorado que poderia fornecer uma nova fonte de informações para monitoramento clínico de rotina e testes de diagnóstico.
As informações bioquímicas sobre o corpo vêm mais comumente de análises de sangue – que representa apenas 6% dos fluidos corporais – mas informações valiosas também podem ser encontradas em outros fluidos corporais que são tradicionalmente difíceis de obter. Os pesquisadores desenvolveram agora uma maneira de extrair o fluido intersticial dérmico (ISF) – que circula entre as células nos tecidos corporais – usando uma técnica simples através da pele que pode fornecer uma nova abordagem para estudar os produtos metabólicos das células, obtendo biomarcadores diagnósticos, e identificação de toxinas potenciais absorvidas pela pele.
Como o fluido intersticial dérmico não coagula como o sangue, a extração com microagulha pode oferecer uma nova abordagem para o monitoramento contínuo de glicose e outros indicadores-chave de saúde.
Os resultados de um ensaio em humanos na amostragem ISF com base em microagulhas são relatados em 25 de novembro na revista Science Translational Medicine . O estudo, conduzido por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Emory University, foi financiado em parte pelo National Institutes of Health.
“O fluido intersticial se origina no sangue e, em seguida, vaza dos capilares para levar nutrientes às células nos tecidos do corpo. Como o fluido intersticial está em comunicação direta com as células, ele deve ter informações sobre os próprios tecidos além do que pode ser medido em testes de sangue “, disse Mark Prausnitz, Professor dos Regentes e J. Erskine Love Jr. Chair na Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech,” Esta técnica baseada em microagulha pode fornecer uma maneira minimamente invasiva e simples de acessar este fluido intersticial para fazer está disponível para aplicações de diagnóstico médico e pesquisa. ”
A ISF tem sido difícil de provar. Já existem instrumentos internos para monitorar a glicose em ISF, e outros pesquisadores usaram tubos implantados cirurgicamente e bolhas criadas a vácuo para extrair ISF através da pele, mas essas técnicas não são adequadas para uso diagnóstico clínico de rotina.
Os pesquisadores, liderados pelo primeiro autor Pradnya Samant, usaram um patch contendo cinco microagulhas de aço inoxidável sólido com um centésimo de polegada de comprimento. Ao pressionar o adesivo em um ângulo na pele de 50 sujeitos humanos, eles criaram microporos superficiais que alcançaram apenas a camada externa da pele contendo ISF. Os pesquisadores então aplicaram uma sucção na área da pele que contém os poros e obtiveram ISF suficiente para fazer três tipos de análise. Para comparação, eles também coletaram amostras de sangue e obtiveram ISF usando a técnica de bolha mais antiga.
Para determinar com precisão os biomarcadores disponíveis no ISF, o pesquisador precisava evitar a mistura de sangue com o ISF. Embora os principais vasos sanguíneos não existam nas camadas externas da pele, os capilares podem ser danificados pela inserção das microagulhas. Em seus estudos, os pesquisadores descobriram que se eles aumentassem lentamente a sucção após inserir as microagulhas, eles poderiam obter fluido sem sangue.
O procedimento de extração geral levou no total cerca de 20 minutos para cada sujeito de teste. O procedimento foi bem tolerado pelos voluntários e os poros microscópicos cicatrizaram rapidamente em um dia com irritação mínima.
O fluido extraído foi analisado na Emory University usando técnicas de cromatografia líquida-espectrometria de massa para identificar as espécies químicas nele contidas. No geral, havia cerca de 10.000 compostos exclusivos, a maioria dos quais também foram encontrados nas amostras de sangue. No entanto, cerca de 12 por cento das espécies químicas não foram encontradas no sangue, e outras foram encontradas no ISF em níveis mais elevados do que no sangue.
“A pele é metabolicamente ativa e está cheia de células que alteram o fluido”, disse Prausnitz. “Descobrimos que alguns dos compostos eram exclusivos da ISF, ou enriquecidos lá, e é isso que esperávamos encontrar.”
Embora nem todos os compostos exclusivos do ISF pudessem ser analisados, a equipe de pesquisa identificou componentes de produtos que são aplicados na pele – como loções para as mãos – e pesticidas que podem entrar no corpo através da pele. Essa descoberta pode preparar o terreno para o uso da técnica de microagulha para estudos dermatológicos e toxicológicos.
“Se você quiser ver o que se acumula na pele com o tempo, isso pode fornecer uma maneira de obter informações sobre esses tipos de exposição”, disse Prausnitz. “São materiais que podem se acumular nos tecidos do corpo, mas não são encontrados na corrente sanguínea.”
Os pesquisadores também determinaram a farmacocinética da cafeína e a farmacodinâmica da glicose – ambas moléculas pequenas – do ISF, indicando que a informação do biomarcador dinâmico poderia ser obtida a partir da técnica. Essas medições sugeriram que o ISF poderia fornecer um meio de monitoramento contínuo de tais compostos, aproveitando o fato de que o fluido não coagula.
“Fomos encorajados por termos encontrado uma boa correlação entre a glicose do sangue e do fluido intersticial, o que sugere que podemos ter um sistema de monitoramento contínuo da glicose com base nesta tecnologia”, disse Prausnitz. Um sistema baseado em microagulha pode fornecer uma alternativa menos invasiva aos sensores de glicose implantáveis existentes, permitindo que os componentes de detecção permaneçam na superfície da pele.
Em pesquisas futuras, Prausnitz gostaria de reduzir o tempo necessário para extrair o ISF e simplificar o processo, eliminando a bomba de vácuo. Um estudo adicional dos compostos encontrados no fluido também pode mostrar se eles podem ter valor de diagnóstico médico.
“Gostaríamos de disponibilizar esta técnica baseada em microagulhas para a comunidade de pesquisa para tornar ISF rotineiramente disponível para estudo”, disse ele. “O líquido intersticial do tecido pode ser uma nova fonte de biomarcadores que complementa as fontes convencionais. Esta pesquisa fornece um meio para estudar isso mais profundamente.”
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A equipe de pesquisa também incluiu Nicholas Raviele e Juan Mena-Lapaix da Georgia Tech; Megan M. Niedzwiecki, Douglas I. Walker, Gary W. Miller, Vilinh Tran, Eric I. Felner e Dean P. Jones da Emory University.
Este trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (U2CES026560, P30ES020953, R01ES023485, P30ES019776, S10OD018006). Quaisquer opiniões, descobertas e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente as opiniões das agências de financiamento.
Mark Prausnitz é inventor de patentes licenciadas para empresas que desenvolvem produtos baseados em microagulhas, é consultor pago para empresas que desenvolvem produtos baseados em microagulhas e é fundador / acionista de empresas que desenvolvem produtos baseados em microagulhas (Micron Biomedical). Este potencial conflito de interesses foi divulgado e é administrado pela Georgia Tech. Pradnya P. Samant e Prausnitz são inventores de um pedido de patente (WO2019126735A1) apresentado pela Georgia Tech Research Corporation que cobre os métodos de coleta ISF apresentados neste estudo.