Pesquisa de aluno da Computação pretende contribuir com análises não invasivas em estruturas de engenharia e diagnósticos de doenças como câncer de pele e da próstata, além de avaliação mais rápida de doppings.

Programas de computador podem ajudar os médicos no diagnóstico de câncer e outras doenças, assim como os engenheiros na análise de materiais, utilizando uma técnica não invasiva. Essa pesquisa de Iniciação Científica, proposta pelo aluno Guilherme Barreto Passos, de 20 anos, terceiranista do curso de Ciência da Computação da Universidade Santa Cecília (Unisanta), emprega a chamada técnica Raman, que leva em consideração o espalhamento da luz na substância analisada.

O Prof. Dr. Marcos Tavares Tadeu Pacheco, orientador desse projeto de IC chamado “Técnicas computacionais para análise de espectro Raman”, afirma que a rapidez da FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo) em aprovar o projeto de bolsa de estudo “evidencia a qualidade do aluno Guilherme e do ensino proporcionado pela Unisanta”.

Normalmente a FAPESP requer um prazo de 75 dias para analisar, avaliar e aprovar um projeto, explica Marcos Tadeu. O projeto do aluno Guilherme foi encaminhado no dia 13 de dezembro de 2011.

“Recebemos comprovante da FAPESP sobre a aprovação de bolsa em 9 de janeiro de 2012, menos de um mês depois, em período de feriados”, acrescenta o orientador, que é coordenador dos cursos de Mestrado e Doutorado da Unisanta.

Espectropia Raman
A espectroscopia Raman é uma técnica que permite analisar substâncias mediante a análise da luz espalhada pela amostra. Logo, não requer destruição nem utilização de partes da amostra. O nome Raman é homenagem ao físico indiano Vankata Raman (1888-1970), por seus trabalhos pioneiros sobre o tema.

Na justificativa do projeto, o aluno se propõe a mostrar “os benefícios que a espectroscopia Raman pode trazer, envolvendo retiradas de amostras em locais de difícil acesso no corpo humano”, e análises em áreas completamente distintas, como na arqueologia, na engenharia, nas artes e na indústria, entre outros segmentos.

Guilherme iniciará daqui a duas semanas um estágio nos laboratórios do Parque Tecnológico de São José dos Campos, onde aprenderá mais sobre a espectrografia Raman, sob a orientação de um aluno de doutorado do Prof. Marcos Tadeu.

As características normais de tecidos e substâncias, orgânicas ou não, constam de um banco de dados computacionais. Guilherme vai aprender a comparar o que é normal e o que não é na substância analisada, por meio da observação da linguagem gráfica e computacional dos chamados “picos”.

Contribuição da Álgebra e da Computação “Serão avaliadas as técnicas utilizadas para obter uma análise concreta dos picos obtidos, assim como o FWHM (Full Width Half at Maximum), que caracteriza os picos de acordo com a sua largura à meia altura”, afirma o aluno na introdução do projeto. A proposta cita nomenclaturas da Matemática, especialmente da Álgebra e da Química. “Um dos objetivos é utilizar os métodos para remover a fluorescência (ruído de fundo ou sinal superposto à informação Raman), que acaba vindo junto com o espalhamento Raman, ao fazer a análise na substância. Para tanto serão utilizados polinômios (expressões algébricas) geradas em programas de computador. Será feita a comparação dos picos analisados, com os já salvos numa base de dados para diagnosticar qualquer diferença relevante na amostra”.

Na área clínica
O trabalho de Guilherme ressalta a vantagem de se ter um diagnóstico não invasivo. Pode-se analisar uma substância por completo e não ter a perda do material analisado, e não é necessário preparar ou interagir com a amostra, garantindo, assim, a sua integridade por completo.

São muitos os casos em que a técnica poderá ser utilizada na área clínica, quando é necessária a retirada de amostras de pacientes. Em alguns casos, esta retirada (biópsia) é complicada. Por exemplo, nos problemas cardíacos. Além da área de oncologia, que requer uma avaliação e diagnósticos rápidos.

“A espectroscopia Raman tem sido usada para detectar câncer de pele, pois ela consegue diagnosticar com facilidade uma célula normal e uma célula que teve alterações bioquímicas”, afirma . O câncer de pele tem um índice muito alto no Brasil. Segundo levantamento feito em 2008 pelo Centro de Ciências da Saúde da Universidade Comunitária Regional de Chapecó, ocorreram novos 116mil casos. Assim, a espectroscopia Raman será de grande ajuda para os médicos brasileiros”.

No caso de amostras situadas em regiões de difícil acesso ou em regiões muito sensíveis, pode-se utilizar uma fibra óptica que conduz a luz até a região que será avaliada.

Na Arqueologia “A análise de amostras delicadas ou deterioradas é um ponto importante e muito estudado. Por exemplo, na arqueologia, é grande o cuidado que os arqueólogos devem ter para analisar ossos, documentos antigos, papiros, manuscritos, entre outros objetos antigos de valor. Ter o conhecimento da composição desses objetos é de extrema importância para eles, pois, assim, conseguem estudar a metodologia adotada na época para fazer os objetos e os seus componentes. E como estes objetos já estão deteriorados e delicados devido ao tempo de sua existência, requerem uma análise delicada e minimamente invasiva, pois a perda de material neste caso é algo muito fácil de acontecer. E, se acontecer, seria algo catastrófico para aqueles que estudam a área”.

Precisão
Seguem outras considerações do trabalho de Iniciação Científica de Guilherme Barreto Passos: A espectroscopia Raman permite uma avaliação da composição biomolecular de uma amostra. Um dos problemas que surgem devido à grande precisão desta técnica, que consegue detectar as energias vibracionais de todas as ligações, é a imensa quantidade de picos que aparecem, podendo alguns deles estar sobrepostos ou mesmo muito próximos, dificultando sua análise. Além disso, tem-se o problema da fluorescência da amostra quando irradiada com o feixe de luz. Esta fluorescência é muito mais intensa do que a emissão Raman e deve ser retirada do espectro por meio computacionais de maneira a possibilitar sua melhor interpretação.

“Os avanços na instrumentação que vieram com o tempo. O emprego de espectrômetros de varredura com duplos ou triplos monocromadores e detecção por tubos fotomultiplicadores facilitaram a tarefa que antes era bastante complicada. Inicialmente utilizavam-se lâmpadas de mercúrio e chapas fotográficas. Atualmente utilizam-se detectores multiplexados como CCD’s (Charge Coupled Devices), que nada mais são do que sensores para captação de imagens, formados por um circuito integrado que contém uma matriz de capacitores acoplados”.

Métodos
No laboratório, um espectro Raman é obtido fazendo-se a luz monocromática de um laser incidir sobre a amostra que se quer estudar. A luz espalhada é dispersa por uma rede de difração (desvio) no espectrômetro e suas componentes são recolhidas em um detector que converte a intensidade da luz em sinais elétricos que são interpretados em um computador na forma de um espectro Raman.

“Porém, a intensidade do sinal Raman espalhado é extremamente fraca comparada com outros processos de decaimento radioativo, principalmente a fluorescência. A intensidade do sinal Raman é 1.000 vezes menos intensa do que a emissão fluorescente. Por isso, faz-se necessária a utilização de instrumentação adequada para a análise desse fraco sinal”.

“Cada amostra molecular possui o seu próprio conjunto vibracional molecular, e o espectro Raman de uma amostra em particular consistirá de uma série de picos, cada um, deslocado pela sua frequência vibracional característica daquela molécula, fornecendo, assim, a identificação para a molécula que está sendo estudada. O deslocamento Raman é freqüentemente medido em comprimento de onda (cm-1). Resumindo, cada substância tem um espectro diferente”.

“E com essas diferenças é possível diagnosticar se há algo de errado com a substância analisada, pois, comparando os picos normais de uma substância (que deverá estar salva numa base de dados) com os picos analisados, é possível ver basicamente na hora, se há algo de errado com a amostra. Podem ser detectadas doenças em sua fase inicial de desenvolvimento. É possível analisar uma mancha na pele, por exemplo, e diagnosticar facilmente, se é apenas uma marca de nascença, ou se irá virar um câncer”.

Com o pleno desenvolvimento do projeto de Guilherme, pretende-se programar uma ferramenta computacional que permita realizar as devidas correções e “limpeza” nos espectros Raman de maneira que se possa realizar a análise de maneira mais precisa e rápida”.

“Mas para realizar tudo isso é preciso alguns métodos e softwares para que se codifiquem os sinais das vibrações provindas do espectrógrafo, e tenhamos um resultado dessas análises”.

“Depois dos sinais recolhidos pelo espectrômetro, eles chegam com um background (ruído de fundo) gerado pela fluorescência, que pode ter origem na própria amostra investigada, ou serem originados por impurezas. Para a fluorescência ocorrer, é necessário que ocorra absorção de luz pela substância, a qual reemitirá a radiação absorvida. E para se poder analisar a amostra é necessário que antes se remova esse fundo indesejado”, explica Guilherme.