Desenvolvimentos de biossensores eletroquímicos para monitoramento do metabolismo de células cancerígenas

Abstract

O câncer de próstata é uma das principais causas de mortalidade masculina. Na atualidade, a detecção do câncer depende fortemente de métodos tradicionais baseados na análise da morfologia celular por meio de biopsias e análise do tecido. Por isso, o desenvolvimento de novos dispositivos para monitorar o metabolismo celular no diagnóstico de doenças é necessário. Atualmente pesquisas utilizando biossensores para esta finalidade possibilitaram a criação de novos dispositivos com alta sensibilidade de detecção, especificidade e capacidade de multiplexação em dispositivos portáteis para uso em diferentes áreas. Aqui iremos abortar o monitoramento dos produtos secretados por células cancerígenas utilizando biossensores. O trabalho se desenvolveu em duas frentes de pesquisa para o estudo dos compostos liberados por células cancerígenas. A primeira tratou-se de uma plataforma de biossensor integrada para monitorar a detecção de multi-analitos (glicose, lactato, superóxidos e peróxido de hidrogênio) onde o microambiente celular pode ser definido com precisão. O biossensor eletroquímico para detecção de glicose, lactato e superóxidos se baseou na utilização do hidrogel de polietileno glicol (PEG) acoplado com as enzimas: glicose oxidase (GOX), lactato desidrogenase (LOX) e superóxido dismutase (SOD) e ferroceno (Fc) como par redox utilizado nas análises eletroquímicas, em adição, a enzima peroxidase (HRP) foi conjugada com nanopartículas de ouro (par redox nas análises eletroquímicas) e foram encapsuladas na matriz de PEG. Na segunda estratégia utilizou-se de biossensores aptâméricos com ênfase em biomarcadores proteicos para monitoramento a detecção do antígeno prostático específico (PSA), fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) e mucina (MUC1) in vitro. As linhagens celulares utilizadas para monitoramento do metabolismo foram, a RWPE-1 (células prostáticas normais), LNCaP e PC3 (células prostáticas tumorais). Desta forma a partir da combinação de diferentes metodologias na construção de biossensores eletroquímicos, foi possível a detecção de: glicose, lactato, superóxidos e peróxido de hidrogênio, além das proteínas PSA, VEGF e MUC1 com alta estabilidade, reprodutibilidade e seletividade. Portanto, as plataformas desenvolvidas neste trabalho poderão ser utilizadas, no futuro como uma ferramenta adicional para diagnóstico e monitoramento do câncer de próstata.

The prostate cancer is a leading cause of dead worldwide and currently methods for cancer detection rely on traditional techniques based on analysis of cell morphology using biopsy and tissue evaluation. Therefore, the development of new devices for monitoring cell metabolism and disease diagnosis expanded over the recent years. Nowadays the research on biosensors for clinical diagnostics enabled the development of new devices with refined detection sensitivity, specificity, and multiplexing capacity for use in portable devices different areas. Herein, we approached the monitoring of byproducts released by cancer cells by using different type of biosensors. This work was based on development of two fronts of research to study compounds released by cancer cells. The first platform was an integrated biosensor for multi-analyte detection and monitoring of glucose, lactate, superoxide and hydrogen peroxide, in which the cellular microenvironment was precisely defined. The electrochemical biosensor to detect glucose, lactate and superoxide was based on polyethylene (PEG) hydrogel linked with specific enzymes for each analytes, being: glucose oxidae (GOX), lactate dehydrogenase (LOX) and superoxide dismutase (SOD) with ferrocene (Fc) as redox pair for electrochemical analysis, moreover, for hydrogen peroxide detection, the enzyme horseradish peroxidade (HRP) was coupled with gold nanoparticles (redox pair) and entrapped inside PEG matrix. The second platform was based on aptamer-based biosensor with focus on protein biomarkers to monitoring and detection of the prostate specific antigen (PSA), vascular endothelial growth factor (VEGF) and mucin (MUC1) in vitro. The cellular lineages used was, RWPE-1 (normal prostate cells), LNCaP and PC3 (prostate cancer cells). Therefore, the combination of several methodologies for electrochemical biosensor manufacturing allowed the precisely detection of: glucose, lactate, superoxide, hydrogen peroxide and also the proteins: PSA, VEGF and MUC1 with enhanced stability, reproducibility and selectivity, being a suitable platform to be used, in near future as an additional tool for clinical diagnostic and monitoring of prostate cancer.