Imunossensor eletroquímico para detecção de câncer de mama usando nanopartículas de ouro e um filme eletropolimerizado de poli(fenazina-salen)

Abstract

Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), o câncer é a segunda principal causa de morte no mundo, sendo que em mulheres o câncer de mama é o mais incidente totalizando 2,3 milhões de casos novos a nível mundial em 2020, principalmente em mulheres entre 50 e 69 anos. Desta forma, estratégias de detecção precoce se fazem cada vez mais necessárias, como por exemplo o desenvolvimento de métodos de detecção do biomarcador HER2 (do inglês - Human epidermal growth factor receptor 2). Valores do antígeno HER2 acima de 15 ng mL-1 são considerados acima da normalidade, e o aumento do mesmo pode resultar em um pior prognóstico da paciente portadora. Diante do exposto, o desenvolvimento de dispositivos analíticos como biossensores, que agregam uma biomolécula com alta sensibilidade e especificidade a sua estrutura, conjuntamente a transdutores físico-químicos, podem fornecer medições bioanalíticas de maneira mais rápida e simplificada. Os imunossensores eletroquímicos são uma classe de biossensores comumente estudados para o diagnóstico de câncer de mama, nos quais a transdução realizada por um eletrodo, que emprega como bioreceptor anticorpos específicos, que são imobilizados com auxílio de diferentes materiais, como as nanopartículas metálicas. Por sua vez, o sinal de incubação do analito é obtido por um transdutor eletroquímico, através de medidas de inibição de corrente voltamétrica associada a uma sonda redox por voltametria de onda quadrada ou através da resistência do filme por espectroscopia de impedância eletroquímica. Visto que polímeros condutores podem modificar a superfície do eletrodo a partir da formação de filmes eletropolimerizados e nanocompósitos, neste trabalho realizou-se o estudo da eletropolimerização de um monômero derivado de uma base de Schiff à base de fenazina-salen (NH2-01), em que o centro fenazina é obtido a partir da formação de cátions radicais no processo de oxidação do monômero em potenciais próximos de 0,9 V vs. Ag/Ag+ na superfície de um eletrodo de carbono vítreo modificado com um filme de nanotubos de carbono, resultando na formação do nanocompósito. A partir disto, essa superfície modificada foi empregada no desenvolvimento de um imunossensor eletroquímico para detecção do biomarcador associado ao câncer da mama, o HER2. Após formação do nanocompósito uma mistura de nanopartículas de ouro e anticorpos para HER2 foram imobilizadas sobre o eletrodo modificado, os sítios de ligação não específicos foram bloqueados com glicina. Sendo assim foi possível a construção de uma curva de calibração para HER2 nas concentrações de 0,01 a 100 ng mL-1, com um limite de detecção igual a 0,25 ng mL-1, considerando essa faixa suficiente para o diagnóstico de câncer de mama.

According to the World Health Organization (WHO), cancer is the second leading cause of death worldwide. In women, breast cancer is the most incident, totaling 2.3 million new cases globally in 2020, primarily in women aged 50 to 69. Consequently, early detection strategies become increasingly necessary. For example, the development of methods to detect the HER2 biomarker (Human epidermal growth factor receptor 2) is essential. HER2 antigen values above 15 ng mL-1 are considered abnormal, and an increase in these values may result in a poorer prognosis for the patient. That said, the development of analytical devices such as biosensors, combining a biological element with high sensitivity and specificity with physical-chemical transducers, can provide bioanalytical measurements more quickly and simply. Electrochemical immunosensors, a class of biosensors commonly studied for breast cancer diagnosis, using a modified electrode as the transduction element. This electrode employs specific antibodies immobilized with the help of different materials, such as metallic nanoparticles. The analyte's incubation signal is obtained by an electrochemical transducer through measurements of voltammetric current inhibition associated with a redox probe by square wave voltammetry or through film resistance by electrochemical impedance spectroscopy. Conductive polymers can modify the electrode surface through electropolymerized film formation. In this study, electropolymerization of a Schiff base derived monomer based on phenazine-salen (NH2-01) was conducted. The phenazine center is obtained through the formation of radical cations in the monomer oxidation process at potentials near 0.9 V vs. Ag/Ag+ on the surface of a glassy carbon electrode modified with a carbon nanotube film, resulting in the formation of the nanocomposite. Subsequently, this modified surface was used in the development of an electrochemical immunosensor for the detection of the breast cancer-associated biomarker, HER2.After nanocomposite formation, a mixture of gold nanoparticles and HER2 antibodies was immobilized on the modified electrode, and non-specific binding sites were blocked with glycine. This allowed the construction of a calibration curve for HER2 in concentrations ranging from 0.01 to 100 ng mL-1, with a limit of detection equal to 0.25 ng mL-1. This range is considered sufficient for breast cancer diagnosis.