Respiração em vez de um exame de sangue

• Fonte: ETH Zurique
• Resumo: Sopre no tubo, por favor. No futuro, o procedimento não só será usado pela polícia para verificar a intoxicação alcoólica, mas também para testar a condição dos atletas e para pessoas que desejam perder esse peso extra. Um novo sensor torna possível medir quando o corpo começa a queimar gordura com um bom condicionador de ar.

Especialistas aconselham quem procura perder quilos extras para comer menos e exercer mais. Uma maneira é com o treinamento de resistência, durante o qual o corpo queima não só carboidratos, como açúcar, mas também gordo. Quando exatamente o corpo começa a queimar gordura pode agora ser determinado analisando, por exemplo, biomarcadores no sangue ou na urina. Cientistas da ETH Zurich e do Hospital Universitário de Zurique desenvolveram agora um método para o monitoramento de lipólise em tempo real, altamente conveniente, testando as exalações de uma pessoa durante o exercício.

"Ao queimar gordura, o corpo produz subprodutos que se aproximam do sangue", explica Andreas Güntner, um pós-doutor no grupo de ETH Professor Sotiris Pratsinis. Nos alvéolos pulmonares, essas moléculas - especialmente as voláteis - entram no ar exalado pela pessoa. O mais volátil desses metabólitos lipídicos é a acetona. Güntner e seus colegas desenvolveram um pequeno sensor de gás que mede a presença desta substância. O sensor é muito mais sensível do que os sensores anteriores: pode detectar uma única molécula de acetona em cem milhões de moléculas. Também mede a acetona exclusivamente, de modo que mais de 800 outros componentes voláteis conhecidos em exalações não afetam a medida.

Principais diferenças individuais

Em colaboração com especialistas em cirurgia no Hospital Universitário de Zurique liderado por Malcolm Kohler, professor e diretor do Departamento de Pneumologia, os pesquisadores testaram o funcionamento do sensor em voluntários enquanto exercitavam. Os assuntos de teste completaram uma sessão de uma hora e meia em um ergômetro de bicicleta com duas pausas curtas. Os pesquisadores pediram que os sujeitos do teste passassem para um tubo que estava conectado ao sensor de acetona em intervalos regulares.

"Nós conseguimos mostrar como a concentração de acetona nas exalações varia muito de pessoa para pessoa", diz Güntner. A opinião científica utilizada para garantir que os atletas só começam a queimar gordura após um certo período de esforço físico e ao atingir uma certa freqüência cardíaca, mas essa visão está agora desatualizada. As medidas tomadas pelos pesquisadores em Zurique mostraram que a lipólise em alguns sujeitos de teste, de fato, apenas começou no final da sessão de treino de uma hora e meia. Nos outros voluntários, as medidas mostraram que seus corpos começaram a queimar gordura muito mais cedo.

As medidas de controle mostraram que o novo método de medição correlacionou-se bem com a concentração do beta-hidroxibutirato do biomarcador no sangue dos indivíduos do teste. Esta análise de sangue é um dos métodos padrão de hoje para monitorar a lipólise.

Interação com nanopartículas

O sensor desenvolvido pelos cientistas usa um chip revestido com uma película porosa de nanopartículas semicondutoras especiais. As partículas são trióxido de tungstênio que os pesquisadores implantaram com átomos únicos de silício.

O desenvolvimento do chip começou há sete anos, quando o Professor Pratsinis e seus colegas descobriram que as nanopartículas de trióxido de tungstênio interagem com a acetona se os átomos das nanopartículas estiverem dispostos em uma certa estrutura cristalina. A interação reduz a resistência elétrica do chip revestido com as nanopartículas, e esse fenômeno pode então ser medido.

Originalmente, a idéia era usar o chip para diagnosticar diabetes, porque a respiração exalada de pacientes com diabetes tipo 1 não tratada contém altas concentrações de acetona. Desde então, no entanto, os cientistas mostraram que o sensor é de fato sensível o suficiente para detectar as concentrações muito baixas de acetona nas expirações de uma pessoa durante o exercício.

O chip usado neste estudo é do tamanho de uma moeda de 1 centavo em euros, mas os pesquisadores estão trabalhando para refinar a tecnologia de medição para que seja possível com chips muito menores. O objetivo é oferecer o chip em um dispositivo de tamanho gerenciável. "Isso permitiria que atletas e pessoas que desejassem perder peso para verificar se os corpos começam a queimar gordura para que eles possam otimizar seu regime de treinamento", diz Güntner.

Barato, pequeno e ainda altamente sensível

Medições de acetona altamente sensíveis já foram possíveis com outros instrumentos, por exemplo, espectrômetros de massa, que são grandes dispositivos de laboratório que custam várias centenas de milhares de francos suíços. Os pesquisadores estão usando esses instrumentos no presente estudo para verificar suas medidas. Testes de respiração portáteis de acetona já existem, mas eles só podem ser usados ​​uma vez e demorar alguns minutos antes de mostrar os resultados. "Nossa tecnologia tem o principal benefício de ser barato, gerenciável e ainda altamente sensível, além de ter medidas em tempo real", diz Güntner. "Isso torna adequado para uso diário, enquanto trabalha em um centro de fitness ou para pessoas com dieta".

Os cientistas agora estão planejando continuar desenvolvendo seu método de medição para que eventualmente possam comercializá-lo. Eles já possuem um protótipo do instrumento. Os cientistas também estão trabalhando no desenvolvimento de sensores de gás para outras moléculas médicamente relevantes em exalações, incluindo amônia para testar a função renal, isopreno para testar o metabolismo do colesterol e vários aldeídos para a detecção precoce do câncer de pulmão.

Fonte do relato:

Materiais fornecidos pela ETH Zurich . Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e comprimento.

Referência de revista :

AT Güntner, NA Sievi, SJ Theodore, T. Gulich, M. Kohler, SE Pratsinis. Monitoração de queima de gordura corporal não invasiva a partir de acetona exalada com nanopartículas sensíveis a WO3 dopadas com Si . Chemistry analítica , 2017; 89 (19): 10578 DOI: 10.1021 / acs.analchem.7b02843