Evidências Covid 19

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Como a tecnologia WiFi pode ser útil para acompanhar a evolução do estado clínico dos pacientes?

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Wi-COVID: uma estrutura de detecção de sintomas e monitoramento de pacientes COVID-19 usando WiFi

BARBOSA, Carlos Roberto Hall

LI, F.; et al. Wi-COVID: A COVID-19 symptom detection and patient monitoring framework using WiFi. Smart Health, v. 19, Mar. 2021. DOI: 10.1016/j.smhl.2020.100147 Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7680085/

Este artigo descreve o potencial do uso da tecnologia WiFi em ambiente doméstico para monitoramento do ritmo respiratório (RR) de pacientes previamente diagnosticados com COVID-19. O objetivo é identificar os pacientes com maior risco de agravamento da doença e deterioração clínica, simultaneamente reduzindo a demanda nos hospitais e para equipes médicas. O sistema de monitoramento em tempo real proposto é não-invasivo e não-vestível (não causando portanto nenhum desconforto ao paciente).

Há 3 abordagens já conhecidas para utilização dos sinais de WiFi para monitoramento de sinais vitais e movimentações em ambiente doméstico, com complexidades e potencialidades crescentes: RSS (Radio Signal Strength – Força do Sinal de Rádio), CSI (Channel State Information – Informação do Estado do Canal) e FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave – Onda Contínua Modulada por Frequência). Cada abordagem tem diferentes vantagens e desvantagens, e é aplicável a cenários distintos, mas todas já foram aplicadas anteriormente à estimativa do ritmo respiratório, com base nas pequenas alterações causadas pelos movimentos respiratórios nos sinais eletromagnéticos transmitidos pelos dispositivos WiFi.

O sistema proposto neste artigo, denominado Wi-COVID, baseia-se na abordagem CSI e é composto por 3 camadas. A primeira camada é a responsável pela detecção dos sinais WiFi, utilizando um dispositivo WiFi comercial como transmissor e uma plataforma Raspberry Pi como receptor. O paciente deve estar na área de cobertura do sinal WiFi e em estado de repouso, funcionando mesmo através de uma parede interna do ambiente.  A segunda camada é a responsável pelo processamento dos sinais gerados pela primeira camada, estimando o RR instantâneo e enviando os dados para a nuvem. Finalmente, a terceira camada, de monitoramento, analisa os valores de RR e dispara alarmes caso anormalidades sejam observadas. As diversas camadas são descritas em detalhes no artigo.

Os testes preliminares do protótipo foram realizados com um voluntário em um ambiente de 21 m2, a uma distância aproximada de 2,3 m do roteador WiFi e do Raspberry Pi, simulando um cenário típico de isolamento doméstico para pacientes diagnosticados com COVID-19. Os sinais WiFi detectados pelo Raspberry Pi são processados por uma série de filtros digitais e por análise de componentes principais (PCA), que extrai a informação referente aos movimentos respiratórios. Em seguida, esta informação é analisada nos domínios do tempo e frequência, usando técnicas de espectrograma de alta resolução. Permite assim identificar claramente episódios de variação brusca do RR, que são possíveis indicadores de deterioração clínica do paciente.

Os resultados preliminares comprovaram a capacidade do sistema Wi-COVID de estimar o RR a partir de sinais WiFi. Como trabalhos futuros, os pesquisadores pretendem implantar o sistema em domicílios de pacientes que tenham sido diagnosticados com COVID-19, de modo a transmitir automaticamente as informações de RR diretamente aos responsáveis pelo acompanhamento médico.

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Como têm evoluído as tecnologias que utilizam ondas luminosas para detectar vírus como o da COVID-19 ?

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Tecnologias ópticas para detecção de virus como COVID-19: Progresso e perspectivas

NACCACHE, Mônica

LUKOSE, J.; CHIDANGIL, S.; GEORGE, S. D. Optical technologies for the detection of viruses like COVID-19: Progress and prospects. Biosens Bioelectron., v. 178, p. 113004,  Apr. 2021. Epub 16 jan. 2021. DOI: 10.1016/j.bios.2021.113004. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566321000403?via%3Dihub#appsec1

Tendo em vista a incerteza dos resultados existentes nos métodos atuais para detecção do SARS-CoV-2, o artigo faz uma revisão de tecnologias fotônicas, utilizadas para detecção de vírus da família SARS-CoV.

Os autores argumentam que ferramentas de imagem vêm se tornando mais disponíveis e têm se tornado mais populares para detecção de vírus. Esta não é a realidade em muitos países, incluindo o Brasil, devido ao custo e acessibilidade dos equipamentos.

No trabalho são apresentados os métodos mais populares usados para detecção de vírus (em particular para o coronavirus), e descrita a aplicabilidade de algumas técnicas: espectroscopia de infra vermelho – FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), técnicas de microscopia de super-resolução, espectroscopia Raman, técnicas baseadas em fluorescência. Vários destes métodos já são utilizados com sucesso na detecção de vírus causadores de outras doenças (por exemplo: Ebola, HIV).

Os métodos citados que são usados de forma mais popular não apresentam ainda resultados muito satisfatórios em comparação com os métodos normalmente utilizados.

Segundo os autores, o uso das técnicas fotônicas ainda têm grandes desafios a vencer, devido à diversidade dos vírus que circulam no corpo humano, mas este fator poderia ser contornado com o uso de Inteligência Artificial.

O tempo de aquisição e a precisão de resultados parecem adequados, porém o custo e a disponibilidade de equipamentos seriam ainda pontos contrários ao emprego da maioria destas técnicas. Porém, os autores ressaltam os avanços tecnológicos que surgem a cada dia, associados a estas técnicas, e no sentido de minimizar custo, tamanho e dificuldade de utilização. Dessa forma, as pesquisas neste sentido são de grande importância e irão certamente contribuir para a detecção e o estudo mais aprofundado de vírus como o da COVID-19.

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Como têm evoluído os sensores biológicos para detectar microrganismos geradores de doenças?

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Biossensores eletroquímicos para detecção de patógenos

MONTEIRO, Elisabeth Costa

CESEWSKI, Ellen; JOHNSON, Blake N.  Electrochemical biosensors for pathogen detection. Biosens Bioelectron. V. 159, p. 112214, Jul. 2020. DOI: 10.1016/j.bios.2020.112214. Disponível em: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32364936

O artigo revisa os recentes avanços associados a dispositivos biossensores eletroquímicos destinados à detecção de patógenos. Aborda seus elementos de transdução e de bioreconhecimento, as técnicas eletroquímicas, o desempenho dos biossensores, além de discutir sobre suas importantes aplicações e desafios científicos para atender às atuais demandas de detecção de patógenos.

Na literatura encontram-se revisões abrangentes sobre a detecção de patógenos utilizando as técnicas bioanalíticas como o ensaio de imunoabsorção enzimática (ELISA) e a reação em cadeia da polimerase (PCR). No entanto, poucos estudos abordam os emergentes biossensores label-free, como os biossensores eletroquímicos, que possibilitam a detecção de patógenos sem marcação por algum composto ou enzima, e apresentam características úteis para diversas aplicações. O estudo realiza revisão crítica sobre os biossensores eletroquímicos descritos na literatura desde 2005, considerando aspectos como patógeno alvo, matriz da amostra, projeto e desempenho do dispositivo, método de medição e fabricação, além de aplicações e desafios emergentes.

As técnicas bioanalíticas, como PCR e ELISA, utilizam um elemento seletivo de bioreconhecimento em combinação com um sistema analítico para quantificar componentes de uma amostra. Embora altamente sensíveis e robustos, são métodos destrutivos, com adição de reagentes e complexidade do preparo da amostra. Nos últimos 25 anos, os biossensores vêm fornecendo plataformas complementares às técnicas tradicionais para quantificação de patógenos. Baseados na integração de um elemento de bioreconhecimento a um elemento transdutor, os biossensores permitem a medição sem adição de reagentes e preparo de amostras, sendo compatíveis com protocolos label-free, ou seja, não-rotulados por espécies moleculares fixadas ao elemento alvo.

A revisão discute os elementos transdutores em termos de material do eletrodo e configuração (planar, fio, nanoestruturas, etc). Classificam-se os elementos de bioreconhecimento para detecção de patógenos, incluindo anticorpos, oligonucleotídeos, polímeros impressos; e discutindo aspectos como disponibilidade, produção e abordagem para imobilização desses elementos sobre a superfície do eletrodo. Procedimentos e métodos de medição para detecção de patógenos são classificados em termos de preparação e manuseio de amostras, princípios de medição e emprego de reação de ligação secundária. Discutem-se aplicações de biossensores eletroquímicos para detecção de patógenos na segurança de alimentos e água, diagnóstico médico, monitoramento ambiental e de bioameaça.

A ampla revisão dos biossensores eletroquímicos para detecção de patógenos abrange os métodos, como o potenciométrico, impedimétrico (espectroscopia de impedância eletroquímica), condutométrico, amperométrico; os materiais empregados, como condutores e semicondutores, incluindo metais, como ouro, e não metais, como carbono; e suas configurações (planar, fio, nanoestrutura, multicanal). Esses aspectos impactam no desempenho do biossensor. Os limites de detecção alcançam uma única unidade formadora de placas ou de colônias por mililitro, com ampla faixa dinâmica. Discutem-se os desafios, dentre os quais a configuração de eletrodos descartáveis, reutilizáveis, label-free, portáteis, vestíveis, e com transdução sem fio.

A detecção de vírus e protozoários por biossensores eletroquímicos tem crescido nos últimos anos, mas patógenos bacterianos ainda são os mais comumente detectados. Eletrodos planares de ouro são os mais frequentemente empregados e os nanoestruturados são crescentemente investigados. Biossensores de baixo custo, reutilizáveis, vestíveis e sem fio estão entre os novos desafios investigados. Os biossensores eletroquímicos permitem a detecção rápida, sem preparo de amostras em variadas matrizes ou em superfícies, alta sensibilidade, com plataformas de baixo custo. Esses aspectos são desafios para técnicas bioanalíticas tradicionais e muito importantes para mitigar a pandemia de COVID-19 em curso.

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