QUA-ND-O: Técnicas Quânticas Intracelular de Detecção para uma Medicina Personalizada de Doenças Neurodegenerativas
QUA-ND-O: Técnicas Quânticas Intracelular de Detecção para uma Medicina Personalizada de Doenças Neurodegenerativas
A tecnologia no âmbito deste projeto, tem como objectivo desenvolver uma tecnologia com o potencial de inovar a deteção de doenças neurodegenerativas in vitro. Este projecto desenvolverá tecnologias capaz de distinguir medicamentos eficazes para o tratamento de doenças neurodegenenarativas, como Parkinson ou Alzeimer.
1. Síntese
QUA-ND-O visa desenvolver soluções de detecção baseadas em QUAntum tecnologia para identificar padrões de Doenças Neurodegenerativas (ND) que possam conduzir a novas Oportunidades na procura de medicamentos personalizados. Este projeto visa desenvolver um método totalmente ótico que permita a deteção à nano-escala de temperatura e campo magnético no interior de células com resolução espacial sem precedentes.
Em primeiro lugar, o método será estabelecido em laboratório e demonstrado através de circuitos electrónicos simples e nanoestruturas magnéticas. Depois, a biocompatibilidade e fotoestabilidade de nanodiamantes fluorescentes irá ser usada para traduzir as capacidades de deteção para biodeteção e pesquisa médica. Especificamente, este projeto tem como objetivo analisar modelos de células neuronais com padrão de doença de Parkinson neurodegenerativa. A temperatura e os campos magnéticos devem ser medidos dentro de vários modelos celulares que podem ser usados para estudar e desenvolver a medicina personalizada da doença. Tanto a temperatura como o campo magnético intracelular podem ajudar a estabelecer uma assinatura única para doenças neurodegenerativas (ND) (por exemplo, Parkinson ou Alzheimer), permitindo a obtenção de um diagnóstico precoce ou a compreensão dos mecanismos de agregação de proteínas decorrentes da doença.
2. Enquadramento
A Doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa com maior ocorrência no mundo. É clinicamente caracterizada por uma degeneração progressiva dos neurónios dopaminérgicos em vários redes dopaminérgicas, com especial incidência na via nigro-striatal, resultando em complicações motoras graves que têm um impacto drástico na qualidade de vida do paciente. Actualmente, estima-se que existam mais de um milhão de pessoas na Europa a viver com DP e que cerca de 75.000 novos casos são diagnosticados todos os anos. Os custos associados à doença na UE estão estimados em 13,9 mil milhões de euros/ano.
Apesar dos avanços científicos no tratamento desta doença, o diagnóstico ainda só é possível em fases muito tardias da doença. A manifestação de sintomas, como a presença de tremores, rigidez nos membros e instabilidade na postura, e a acumulação de certas proteínas em zonas específicas do cérebro são alguns dos sinais usados para diagnosticar DP.
Nos últimos anos, vários indicadores demonstram que a monitorização de propriedades intracelulares como temperatura ou sinais de potencial de acção podem ser futuras soluções para diagnósticos mais atempados. Para além do mais, o avanço científico em métodos de avaliação e monitorização de propriedades intracelulares tem sido imenso. Não obstante a já existência de vários métodos para monitorizar sinais enviados entre neurónios como matrizes de micro eléctrodos ou técnicas com base em fluorescência, a falta de resolução espacial, biocompatibilidade e estabilidade das técnicas actuais são limitações que têm de ser ultrapassadas.
Notoriamente, um defeito específico em diamante, o Nitrogen Vacancy (NV) center, tem sido alvo de grande interesse pela comunidade científica dada a sua versatilidade para medir campos magnéticos, temperatura e até pH. Para além disso, o facto do diamante ser uma estrutura estável e biocompativel poderá permitir que se torne um biosensor ideal.
3. Testemunho | Jana Nieder, líder do grupo Ultrafast Bio- and Nanophotonics no INL
Jana Nieder | Líder do grupo Ultrafast Bio- and Nanophotonics no INL
O projecto QUA-ND-O é um projecto co-promovido entre o International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) e o Instituto de Investigação em Ciências da Vida e Saúde (ICVS). O projecto é liderado pela líder do grupo de Ultrafast Bio- and Nanophotonics do INL, Jana Nieder, e co-liderado pelo investigador coordenador António Salgado do ICVS.
Este projecto visa o desenvolvimento de técnicas quânticas de deteção baseadas no defeito NV em diamante e na sua aplicação em modelos da DP. Tendo em conta as propriedades do NV como biosensor, este projeto propõe-se a desenvolver um método totalmente óptico, biocompatível e extremamente estável para monitorização de propriedades intracelulares.
Alguns dos resultados já publicados demonstram a resolução espacial extraordinário do método desenvolvido (Camaneiro et al., Part. Part. Syst. Charact. 2021, 38, 2100011). Foi possível mapear o campo magnético à volta de partículas magnéticas desenvolvidas para estudos de tratamento de cancro, com uma resolução de 500 nm, perto do limite de resolução de um microscópio óptico. À esquerda da figura encontra-se uma imagem de transmissão de partículas magnéticas aglomeradas como expectável dentro de uma célula cancerígena e, à direita, o correspondente campo magnético à volta da mesma com uma resolução de 500 nm.
No âmbito deste projecto, foi possível desenvolver e aplicar uma técnica quântica em amostras relevantes para o mundo da ciência da vida e saúde. Foi possível implementar em Portugal uma técnica de medição que até agora não existia no país, que tem um elevado potencial para contribuir para descobertas em neurociência, bem como em materiais avançados.
4. Apoio do COMPETE 2020
O projeto “QUA-ND-O: Técnicas Quânticas Intracelular de Detecção para uma Medicina Personalizadada de Doenças Neurodegenerativas” conta com o cofinanciamento do COMPETE 2020 no âmbito do SAICT - Sistema de Apoio à Investigação Científica e Tecnológica, envolvendo um investimento elegível de 239 mil euros, o que resultou num incentivo FEDER de 204 mil euros.
5. Links
Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia (LIN) |
Website Instituto de Investigação em Ciências da Vida e Saúde (ICVS) |
Website
