Chip eletroquímico ultradenso, microfluídica e machine learning para a testagem de fármacos contra o câncer.

• Processo: 25/24452-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2026
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
• Pesquisador responsável: Renato Sousa Lima
• Beneficiário: Rodrigo Souza Costa
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 24/14758-7 - Chip eletroquímico ultradenso, microfluídica e machine learning para a testagem de fármacos contra o Câncer, AP.R
• Assunto(s): Neoplasias Células Dispositivos Fármacos Microfabricação Eletroanalítica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: câncer | células | Dispositivo | fármacos | Microfabricação | Eletroanalítica

Resumo

Conforme discutido no projeto de pesquisa, não obstante os sensores eletroquímicos sejam promissores para a análise da viabilidade celular visando a realização de testes de suscetibilidade a fármacos anticancerígenos, gerar essas análises com (1) capacidade de testagem elevada (throughput), (2) simplicidade e (3) acurácia é ainda um desafio. Cabe também destacar a importância do monitoramento em tempo real do efeito dos fármacos. Esse tipo de aplicação possibilita o estudo cinético e, assim, mecanístico (inibição ou morte celular) da eficácia/toxicidade dos fármacos (ACS Sens. 2019, 4, 2654¿2661). Assim, o acoplamento de chips ultradensos com microfluídica e machine learning (ML) é proposto neste projeto de mestrado visando garantir testes de suscetibilidade de células tumorais 2D a fármacos em tempo real com os atributos mencionados acima. Testes de suscetibilidade de diversas células tumorais 2D a vários fármacos comerciais serão realizados utilizando os mesmos sensores abordados no projeto de pesquisa. Brevemente, são chips de vidro (70 mm × 35 mm) que possuem uma densidade de sensores elevada (33 a 870), os quais são dispostos verticalmente em um padrão 3D de grade. Desenvolvido recentemente em nosso grupo de pesquisa (Adv. Healthcare Mater. 2024, 13, 2303509, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, DOI: 10.1021/acsami.4c01159 e ACS Sens. 2024, DOI: 10.1021/acssensors.4c01026), esses chips possuem um baixo número de linhas condutoras o que passa a permitir a integração de um número elevado de sensores em um único dispositivo de dimensões compactas. Logo, os chips eletroquímicos em malha (meshed electrochemical chips, MECs) aliam resolução e reprodutibilidade altas (méritos da microfabricação) com custo baixo em função da grande quantidade de sensores por área. Além disso, em virtude das suas dimensões compactas, o chip é compatível com a utilização da microfluídica, uma ferramenta que contribui para diminuir o consumo de reagentes e aumentar a reprodutibilidade, dentre outros méritos. Neste projeto, chips microfluídicos serão preparados através de processos de selagem irreversíveis e reversíveis com canais em substrato de polidimetilsiloxano (PDMS). O dispositivo terá um total de 9 canais, com 5 sensores em cada um deles (serão 45 sensores). Assim, até 9 amostras (podem corresponder a tipos de célula ou fármaco diferentes ou a concentrações de um fármaco variadas) poderão ser analisadas em um único chip, com medidas em quintuplicada para cada caso. Análises rápidas do íon Ru(NH3)6 3+ (sonda redox) serão realizadas em série por voltametria de onda quadrada (square wave voltammetry, SWV) usando um potenciostato portátil de um único canal. Cada medida de SWV irá durar 7 s, de modo que as análises dos 45 sensores no MEC serão completadas em apenas 315 s. O potenciostato e um conector para os eletrodos do chip serão acoplados a um protótipo portátil que será usado para a realização de testes de susceptibilidade em tempo real. Além de permitir análises individuais rápidas, a SWV terá a função de gerar respostas multivariadas (voltamogramas). Os sinais de corrente faradaica extraídos dos voltamogramas serão explorados para garantir a determinação da viabilidade com acurácia por meio do uso de ML. Vale salientar que os valores de viabilidade celular preditos serão usados para o cálculo da meia concentração letal dos fármacos (LC50). (AU)