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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.75.2017.tde-13032017-090102
Document
Author
Full name
Thiago Mazzú do Nascimento
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2016
Supervisor
Committee
Carrilho, Emanuel (President)
Donofrio, Fabiana Cristina
Ponsoni, Karina
Canduri, Fernanda
Cordeiro, Daniel Sivieri
Title in Portuguese
Plataformas de baixo custo à base de papel para testes imunodiagnósticos e enzimáticos
Keywords in Portuguese
Dispositivos à base de papel
ensaios enzimáticos
ferramentas bioanalíticas de baixo custo
imunoensaios
Abstract in Portuguese

Os imunoensaios e os ensaios bioquímicos são amplamente utilizados em clinica médica. Os dispositivos fabricados em papel devido ao seu baixo custo, portabilidade, todas as etapas serem realizadas em temperatura ambiente, e possibilidade da produção local dos dispositivos, tornam-se ideais para serem aplicados em regiões carentes. Assim, desenvolvemos um ensaio imunocromatográfico que permitiu a detecção de IgG de coelho em um dispositivo com uma única camada de papel impressa por cera, mostrando que esse protótipo tem potencial de ser aplicado em diferentes ensaios imunológicos. Pela primeira vez foi utilizado um teste enzimático colorimétrico (sarcosina oxidase, peroxidase e o indicador redox (ABTS) em plataforma de papel, impressa por cera, para detecção de sarcosina, o qual detectou um potencial marcador de tumor de câncer de próstata, a sarcosina, com limite de detecção (LD) = 0,21 mmol L-1 e limite de quantificação (LQ) = 0,61 mmol L-1, constatando que a intensidade da cor formada foi proporcional a concentração de sarcosina presente na amostra. Os imunoensaios em papel se mostraram extremamente versáteis, capazes de detectar diferentes analitos. O primeiro dispositivo foi capaz de detectar toxoplasmose (IgG contra T. gondii presente nas amostras). A avaliação da performance do teste nos forneceu um cut-off =21,73 U.A, sensibilidade = 0,96, especificidade = 0,87, AUC = 0,97, além de uma criação de uma zona cinza utilizando uma tolerância em porcentagem sobre a o cut-off de 15%. Desenvolvemos também uma macro no excel qye calcula a acurácia, m-Acuraccy, a qual nos forneceu um valor de 0,88 U.A. O segundo dispositivo permitiu a detecção do marcador tumoral CEA, através de um ensaio do tipo sanduíche, com um cut-off =68,28 U.A, sensibilidade = 0,86, especificidade = 1, AUC = 0,97. A tolerância em porcentagem sobre a o cut-off para a criação da zona cinza foi de 12%, e a m-Acuraccy calculou uma acurácia de 0,90 U.A. Pela primeira vez, foi aplicada essa completa avaliação estatística em testes em papel. Mais do que isso, trazemos com a m-Acuraccy uma nova forma de calcular a acurácia, com grande inovação na clínica médica. Portanto, torna-se evidente o grande potencial que os dispositivos fabricados em papel possuem para ser aplicados como ferramentas diagnósticas.

Title in English
Low-cost paper-based platforms for immunodiagnostic and enzymatic testing
Keywords in English
enzymatic assays
immunoassays
low-cost bioanalytical tools
Paper-based devices
Abstract in English

Immunoassays and bioassays are broadly used in clinical medicine. Paper-based devices are ideal to be used in remote regions due to their low-cost, portability and the possibility of in loco manufacture. Paper-based immunoassays are extremely versatile, capable of detecting distinct analytes: initially we have developed an immunochromatographic assay to detect rabbit IgG in a paper-based device fabricated using wax printing technology, and we have shown that this prototype has potential to be applied in distinct immunoassays. The second developed paper-based device was an enzymatic colorimetric assay for the detection of a potential prostate cancer biomarker - sarcosine (sarcosine oxidase, peroxidase and redox indicator (ABTS)), obtaining good figures or merit (LOD = 0.21 mmol L-1; LOQ = 0.61 mmol L-1, = 0.890). The third developed paper-based device was capable of detecting toxoplasmosis (IgG against Toxoplasma gondii in human serum samples). The performance evaluation showed a cut-off = 21.73 A.U., sensitivity = 0.96, specificity = 0.87, AUC = 0.97, besides defining the gray zone as the zone comprehended in-between 15% over the cut-off value. We also have developed a Microsoft Excel® macro to calculate diagnostic test's accuracy - m-Accuracy - that is a new way to calculate accuracy with great innovation for clinical medicine, which resulted in an accuracy of 0.88. for toxoplasmosis assay. The fourth developed paper-based device was used to detect CEA tumor biomarker using a sandwich ELISA assay, with a cut-off = 68.28 A.U., sensitivity = 0.86, specificity = 1.0, AUC = 0.97. The defined gray zone to this test was the zone comprehended in-between 12% over the cut-off value, with an accuracy of 0.90. To the best of our knowledge, this is the first complete statistical evaluation of paper-based diagnostic devices, which showed the great potential of this technology to be used as a new point-of care diagnostic tool.

 
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Publishing Date
2017-03-13
 
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