Fabricação de chips microfluídicos espectroscópicos para detecção de mastite em leite cru

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6041 (2023) Citar este artigo

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A mastite é uma doença que afeta diretamente a quantidade e a qualidade do leite produzido pelas vacas leiteiras, o que pode impactar negativamente na renda gerada com a venda do leite. A inflamação grave causada por esta doença mamária pode resultar em até 1 × 106 glóbulos brancos por mililitro de leite de vaca. Atualmente, o teste de mastite da Califórnia é um teste de inspeção química popular, mas sua taxa de erro de mais de 40% é um fator significativo na propagação contínua da mastite. Neste estudo, um novo dispositivo microfluídico foi projetado e fabricado para identificar mastites normais, subclínicas e clínicas. Este dispositivo portátil permite precisão e análise dos resultados em um segundo. O dispositivo foi projetado para rastrear células somáticas e um processo de coloração foi adicionado para identificar células somáticas usando análise de processo unicelular. O princípio da fluorescência foi utilizado para identificar o estado de infecção do leite, que foi analisado por meio de um miniespectrômetro. A precisão do dispositivo foi testada e constatou-se que determina o estado de infecção com 95% de precisão, em comparação com a precisão obtida na máquina Fossomatic. Com a introdução deste novo dispositivo microfluídico, acredita-se que a propagação da mastite em vacas leiteiras pode ser significativamente reduzida, levando a uma produção de leite de maior qualidade e mais lucrativa.

A mastite em vacas leiteiras é um problema constante enfrentado pelos produtores de leite, uma vez que afecta directamente a quantidade e a qualidade do leite cru, resultando em perdas económicas substanciais. A perda anual global é estimada em cerca de 30 mil milhões de euros1 e é composta por perdas significativas de leite, má qualidade do leite, eliminação de animais cronicamente infectados e mortes ocasionais2. A mastite é uma inflamação das glândulas mamárias causada pela invasão de certos patógenos, alergias ou traumas físicos3, resultando em alterações anormais nas glândulas mamárias e no leite. Geralmente existem dois tipos de mastite: mastite clínica e subclínica. Isso ocorre devido a várias causas, incluindo infecções bacterianas, feridas com toxinas infecciosas ou exposição a produtos químicos, sendo a causa mais primária e frequente a infecção bacteriana. A mastite pode ser transmitida de gado para gado, aumentando a sua propagação. Se os sintomas da mastite se tornarem aparentes após um atraso na detecção, isso poderá impedir significativamente a cura da vaca leiteira por aproximadamente 2 semanas. Isso pode resultar em cegueira e na incapacidade permanente da vaca de produzir leite. Além disso, o manejo rotineiro da mastite envolve a administração de antibióticos para tratar e prevenir a doença, o que representa um sério risco de resistência aos antibióticos na vaca. Existem duas etapas de diagnóstico: a primeira envolve a avaliação do estado da doença para determinar sua presença e a segunda envolve a detecção do agente causador. Para mastite grave, o estado da doença pode ser avaliado observando a aparência da mama e do leite. Para rastrear mastite clínica ou subclínica, são empregados testes de triagem na fazenda para análise da contagem de células somáticas (CCS), como o teste de mastite da Califórnia (CMT). A determinação da CCS do leite envolve a avaliação das células somáticas (CTs) por meio de microscopia laboratorial, onde as CS do leite são observadas diretamente em lâminas microscópicas como células coradas e contadas por meio de um operador. A análise dos resultados por esse método é demorada e requer especialistas no preparo da amostra4. A citometria de fluxo (FCM) pode ser usada para análise relativamente rápida de CCS e bactérias do leite5; este método também requer o apoio de pessoal qualificado para manusear hardware relativamente caro necessário para a análise e outros itens descartáveis.

Os reagentes CMT podem ser usados ​​simplesmente para o teste de mastite e aplicados para estimativa de CCS em uma fazenda5. O reagente utilizado na CMT é o alquil aril sulfonato de sódio, baseado no princípio de que os ácidos nucléicos e as células de outros elementos são liberados na presença de alta CCS e formação de gel, facilmente detectável6,7. Porém, os resultados obtidos com este reagente são falsos positivos ou falsos negativos, sendo observadas baixas sensibilidades e especificidades para o CEC6,7,8. Nenhum destes testes forneceu um valor numérico preciso para o SCC porque os resultados foram baseados nas características morfológicas percebidas pelo olho do sujeito de teste, resultando assim em imprecisões. Além disso, esses testes não identificam o patógeno envolvido e a virulência da infecção, mas apenas fornecem resultados positivos ou negativos para mastite9,10.