Aprendizado de máquina e microscopia óptica possibilitam desenvolvimento de imunossensores ultra-sensíveis

SÃO CARLOS/SP - Pesquisadores do IFSC/USP, em colaboração com a Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e a Embrapa Instrumentação, desenvolveram uma plataforma inovadora para diagnóstico, que combina aprendizado de máquina e microscopia óptica para detectar o SARS-CoV-2 em concentrações extremamente baixas. O estudo, publicado na revista científica “ACS Sensors”, apresenta uma nova técnica de imunossensoriamento que supera os métodos convencionais em sensibilidade e especificidade, abrindo caminho para um diagnóstico mais acessível e rápido.

A pesquisa, liderada pelo docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Dr. Osvaldo Novais de Oliveira Jr. e sua equipe, demonstra que essa nova plataforma para diagnóstico pode identificar a presença do SARS-CoV-2 em concentrações tão baixas quanto 1 unidade formadora de placa por mililitro (PFU/mL). Essa capacidade de detecção é mil vezes mais sensível do que os sensores baseados em ressonância de plásmons localizada (LSPR) convencionais, usando a mesma tecnologia de imunossensoriamento.

Revolucionando a detecção de vírus com imagens impulsionadas por IA

Os biossensores tradicionais dependem de técnicas de medidas, que requerem equipamentos nem sempre à disposição em ambientes clínicos ou em prontos atendimentos primários. Ao aproveitar a microscopia óptica e a IA, a nova abordagem oferece uma alternativa de baixo custo com muito mais sensibilidade.

A plataforma utiliza uma rede neural convolucional (CNN -  “Convolutional Neural Networks”) conhecida como MobileNetV3_Small, juntamente com um classificador baseado no algorítmo Máquinas de Vetores de Suporte (SVM - “Support Vector Machines”), atingindo uma precisão de 91,6% e uma especificidade de 96,9% na distinção de amostras negativas. Além disso, na classificação binária, onde apenas resultados positivos e negativos foram considerados, o modelo alcançou uma impressionante precisão de 96,5%, destacando sua robustez como ferramenta diagnóstica.

Como a Tecnologia Funciona

O imunossensor é baseado em substratos de vidro com nano-ilhas de ouro (AuNI) funcionalizados com anticorpos e que visam a proteína Spike S1 do SARS-CoV-2. Quando expostos a amostras contendo o vírus, esses sensores sofrem mudanças texturais sutis, observáveis por microscopia óptica. Algoritmos de IA analisam então as imagens, detectando padrões indicativos da presença viral com precisão extraordinária.

Uma descoberta fundamental do estudo é que a textura da imagem - em vez da cor - desempenha um papel essencial na detecção do vírus. Isso sugere que o método pode ser aplicado a outras plataformas de biossensores baseadas em mecanismos de detecção por adsorção.

Implicações para diagnósticos futuros

A capacidade de detectar concentrações ultrabaixas de SARS-CoV-2 abre possibilidades para a triagem de infecções em estágio inicial e monitoramento em tempo real em ambientes clínicos e comunitários. Comparado a testes de antígeno tradicionais que possuem limites de detecção mais altos, esta nova técnica alcança uma sensibilidade comparável ao RT-PCR, o padrão ouro para diagnósticos virais.

Além disso, os pesquisadores enfatizam que a abordagem pode ser adaptada para a detecção de outros patógenos virais e biomarcadores, tornando-se uma ferramenta versátil para futuras aplicações em biossensores. Estudos em andamento exploram sua implementação com microscópios de menor ampliação e até câmeras de smartphones, o que poderá aumentar ainda mais sua acessibilidade.

Expansão da tecnologia além da COVID-19

A integração do aprendizado de máquina com a microscopia óptica oferece um caminho promissor para o desenvolvimento de dispositivos diagnósticos portáteis e de baixo custo. A equipe de pesquisa demonstrou que a plataforma pode ser implantada com recursos computacionais mínimos, tornando-a viável para uso em ambientes com recursos limitados. O modelo MobileNetV3_Small, por exemplo, processa imagens em apenas 0,18 segundos, permitindo detecção em tempo real.

Além disso, a capacidade da plataforma de diferenciar entre diferentes concentrações de partículas virais pode ser crucial para a detecção precoce, mesmo em indivíduos assintomáticos. Essa funcionalidade é essencial para o controle de doenças infecciosas e para mitigar surtos antes que eles se tornem pandêmicos.

Os pesquisadores também destacam a possibilidade de adaptação da metodologia para detectar outros patógenos, como influenza, vírus sincicial respiratório (RSV) e novas ameaças virais emergentes. Modificando a funcionalização dos substratos plasmônicos, o imunossensor pode ser ajustado para detectar biomarcadores específicos associados a diversas doenças.

Perspectivas futuras

Embora o estudo atual tenha se concentrado em microscopia óptica de alta ampliação (400X), pesquisas em andamento buscam explorar técnicas de imagem de menor ampliação, incluindo o uso de câmeras de smartphones para aplicações nos pontos de atendimento. Esse desenvolvimento pode ampliar ainda mais a acessibilidade e a relação custo-benefício, expandindo o alcance dos diagnósticos avançados além dos laboratórios especializados.

A equipe de pesquisa também está investigando arquiteturas de aprendizado profundo que possam otimizar ainda mais o desempenho da classificação. Além disso, estão sendo feitos esforços para integrar abordagens de aprendizado de máquina, combinando múltiplas técnicas de extração de características para aprimorar a robustez da detecção viral.

O pesquisador do IFSC/USP, Dr. Pedro Ramon Almeida Oiticica, primeiro autor do artigo científico, comenta esta pesquisa da seguinte forma: "Este novo estudo representa um passo significativo na democratização dos diagnósticos avançados por meio da integração de IA e microscopia. Acreditamos que políticas sólidas de apoio à ciência e tecnologia são fundamentais para que nosso país se desenvolva mais rapidamente, gerando um grande retorno para a sociedade. Temos muita satisfação em aproveitar esses recursos para desenvolver pesquisas que contribuam para a sociedade, promovendo o bem-estar e o fortalecimento científico do país. Continuaremos trabalhando para desenvolver soluções inovadoras e acessíveis na área de sensores, aplicadas em diversas frentes da biotecnologia e do diagnóstico”, finaliza o pesquisador. Este trabalho só foi possível graças ao apoio das agências de fomento à pesquisa - FAPESP, CAPES e CNPq.

Além de Pedro R. A. Oiticica, este estudo pioneiro foi conduzido por uma equipe multidisciplinar composta por: Monara Angelim, Juliana Soares, Andrey Soares, José Proença-Módena, Odemir Bruno e Osvaldo Novais de Oliveira Jr. O artigo científico pode ser conferido no link -

https://doi.org/10.1021/acssensors.4c03451

SÃO CARLOS/SP - Na segunda-feira (10), a vereadora Cidinha do Oncológico esteve presente na Assembleia Legislativa do Estado de São Paulo (Alesp) para participar do lançamento da Frente Parlamentar para a Colaboração em Segurança Pública, Defesa e Desenvolvimento Nacional, proposta e coordenada pelo deputado estadual Capitão Telhada. O evento contou com a presença de militares, representantes da indústria bélica e do ex-deputado federal Coronel Telhada.

Aproveitando a oportunidade, a vereadora Cidinha buscou recursos para a área de saúde de São Carlos, com foco na ampliação da Unidade de Saúde da Família (USF) Santa Angelina. Seu objetivo é melhorar o atendimento e as condições de saúde para a população local, reforçando seu compromisso com a saúde pública e o bem-estar dos cidadãos de São Carlos.

Data reforça a necessidade de exame simples para detectar possíveis alterações na função renal

SÃO CARLOS/SP - O setor de Nefrologia da Santa Casa de São Carlos realizou, nesta quinta-feira (13), uma série de palestras em alusão ao Dia Mundial do Rim 2025. A campanha global busca conscientizar a população sobre as doenças renais, enfatizando a importância da prevenção, do diagnóstico precoce e do tratamento adequado. O tema deste ano, “Seus rins estão ok? Faça exame de creatinina para saber”, reforça a necessidade desse exame simples para detectar possíveis alterações na função renal.

De acordo com a Sociedade Brasileira de Nefrologia, estima-se que cerca de 50 mil pessoas morram anualmente no Brasil devido a doenças renais antes mesmo de terem acesso à diálise ou ao transplante. A iniciativa da Santa Casa visa alertar sobre esses números e incentivar cuidados preventivos.

As palestras foram ministradas pelo nefrologista Dr. Douglas Pinotti, que destacou os principais fatores de risco para doenças renais e a importância do diagnóstico precoce. “A insuficiência renal é uma doença silenciosa, que pode evoluir sem sintomas aparentes. Por isso, exames regulares, como a dosagem de creatinina, são fundamentais para identificar alterações precoces e evitar complicações mais graves”, explicou.

A coordenadora de enfermagem da Nefrologia, Stefani dos Santos, ressaltou a relevância da campanha na disseminação de informações e no incentivo ao autocuidado. “Nosso trabalho é orientar a população sobre hábitos saudáveis e a necessidade do acompanhamento médico, especialmente para quem tem fatores de risco, como hipertensão e diabetes”, afirmou.

Expansão do setor de Nefrologia

Atualmente, a Santa Casa atende, em média, 228 pacientes por mês, além de 48 pacientes de outras cidades da região, como Matão e Araraquara, que precisam realizar o tratamento em São Carlos. Para ampliar essa capacidade, a instituição elaborou um projeto de expansão do setor de Nefrologia, que foi apresentado ao secretário estadual de Saúde, Eleuses Paiva.

Segundo o provedor da Santa Casa, Antonio Valerio Morillas Junior, a nova estrutura será fundamental para melhorar o atendimento aos pacientes renais. “Com o novo prédio, localizado no Bloco A, ao lado da Unidade de Cuidados Intensivos (UCO), teremos 76 poltronas de diálise, dobrando nossa capacidade e passando a atender 456 pacientes mensalmente. Esse é um avanço essencial para garantir assistência de qualidade a quem precisa”, afirmou.