Desenvolvimento de um protótipo de baixo custo para realização de diagnósticos moleculares baseado em tecnologia LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification)

Abstract

Equipamentos baseados no conceito Point-of-care (POC) (diagnóstico no ponto de atendimento) vêm sendo desenvolvidos, nos últimos anos, visando o diagnóstico molecular rápido de doenças. Atualmente, a tecnologia LAMP (Loop-mediated isothermal amplification), considerada simples, robusta e de baixo custo, já está disseminada e seu potencial para screening de diversas doenças já foi reportado na literatura, como por exemplo para o diagnóstico de COVID-19, tuberculose, HIV, malária, dengue e Zika vírus. Comparado com a técnica padrão-ouro PCR (Polymerase Chain Reaction) a técnica LAMP é considerada mais simples devido ao fato de não necessitar ciclagens constantes de temperatura e pelo fato de ocorrer a mudança visual de cores no tubo de reação, o que facilita a interpretação de resultado a olho nu. Neste trabalho são apresentados a construção e evolução da maturidade tecnológica de dois protótipos de equipamentos (hardware e firmware) baseado na tecnologia LAMP, com capacidade de amplificação e de detecção colorimétrica, visando um incremento no indicador de maturidade tecnológica TRL no nível 4 para o nível 5. Para que ocorra a construção de equipamentos LAMP é essencial o desenvolvimento de um circuito eletrônico com a robustez necessária para permitir a aquisição e controle dos sinais responsáveis pela amplificação e detecção das amostras biológicas. O primeiro equipamento construído e apresentado (Apollo) é uma prova de conceito de um equipamento LAMP com TRL 4, e o segundo equipamento (Cardinal) é construído baseado em melhorias e amadurecimento da tecnologia empregada na construção do primeiro equipamento, visando o TRL 5. Ambos os equipamentos possuem a capacidade para analisar até oito amostras em microtubos de 200μL, com detecção colorimétrica via sensores de cor. O primeiro equipamento utiliza-se de um microcontrolador do tipo Arduino Nano, sensor de cor analógico e sistema de aquecimento por resistor (efeito Joule) tanto das amostras quanto da tampa do dispositivo. O segundo equipamento utiliza-se de um microcontrolador do tipo ESP32, sensor de cor digital, sistema de aquecimento da tampa por resistor e pastilhas termoelétricas (efeito Peltier) para aquecimento e resfriamento das amostras. Os dois tiveram seu funcionamento comprovado através da amplificação e detecção de amostras contendo SARS-CoV-2 e o segundo ainda foi capaz de amplificar, mas sem a detecção, amostras de hanseníase. O grande diferencial do segundo equipamento é um sistema eletrônico com melhorias baseadas no desempenho do primeiro protótipo de equipamento, um sistema de aquecimento e resfriamento da amostra com o uso de dispositivo termoelétrico, com maiores velocidades de aquecimento e resfriamento (ganho de até 5 vezes), do uso de um microcontrolador com maior capacidade de processamento (260 vezes mais rápido) e armazenamento (125 vezes maior) e uma troca dos sensores de cor para dispositivos com maior disponibilidade de mercado.