University of California – San Diego

Pesquisadores desenvolvem “nano navios cargueiros”para atingir e destruir tumores

Cientistas desenvolveram “navios cargueiros” nanométricos que podem navegar pelo corpo através da corrente sanguínea sem atrair a detecção imediata dos “radares imunológicos” do corpo e transportar sua carga de drogas anti-câncer e sinalizadores até tumores que poderiam, de outra forma, continuar sem tratamento ou mesmo passarem despercebidos.

Em um artigo a ser publicado no periódico alemão de química Angewandte Chemie, cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego, Universidade da Califórnia em Santa Barbara e do Massachusetts Institute of Technology relatam que seu sistema de nano-navios-cargueiros integram as funções terapêutica e diagnóstica em um único dispositivo que evita uma rápida neutralização pelo sistema imunológico natural do corpo. O artigo está acessível em uma versão antecipada online em: http://www3.interscience.wiley.com/journal/121376053/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0

“A idéia é encapsular agentes de imageamento e drogas em uma “nave mãe” protetora que consiga se evadir dos processos que, normalmente, eliminariam suas “cargas” se estas estivessem desprotegidas”, diz Michael Sailor, professor de química e bioquímica na UCSD que capitaneou a equipe de químicos, biólogos e engenheiros que transformaram o poético conceito em realidade. “Estas naves mães têm somente 50 nanômetros de diâmetro, ou seja: 1.000 vezes menores do que o diâmetro de um fio de cabelo humano, e são equipadas com um dispositivo de moléculas em suas superfícies que as torna capazes de encontrar e penetrar em células cancerosas no corpo”.

Esses navios cargueiros microscópicos podem, um dia, fornecerem os meios para enviar com maior eficiência drogas tóxicas para tumores em altas concentrações, sem causar impactos negativos em outras partes do corpo.

“Muitas drogas parecem promissoras no laboratório, porém falham quando usadas em pessoas porque não alcançam o tecido doente a tempo ou em concentrações suficientemente altas para serem eficazes”, diz Sangeeta Bhatia, um médico, bioengenheiro e professor de Ciência e Tecnologia de Saúde no MIT que desempenhou um papel chave no desenvolvimento. “Essas drogas não têm a capacidade de evitar as defesas naturais do corpo ou de distinguir entre seus alvos e os tecidos sadios. Além disso, nós não dispomos de ferramentas para detectar doenças como o câncer nos estágios mais iniciais de seu desenvolvimento, que é quando as terapias podem ser mais eficazes”.

Os pesquisadores projetaram o casco dos navios para despistarem o sistema imunológico, construindo-os com lipídios especialmente modificados — um componente primário da superfície das células naturais. Os lipídios foram modificados de maneira tal que lhes permita circular pela corrente sanguínea por muitas horas, antes de serem eliminados. Isto foi demonstrado pelos pesquisadores em uma série de experiências com ratos.

Os pesquisadores também projetaram o material do casco para ser suficientemente forte para impedir a liberação acidental de sua carga durante a circulação na corrente sanguínea. Presa à superfície do casco, fica uma proteína chamada F3, uma molécula que gruda em células cancerosas. Preparada no laboratório de Erkki Ruoslahti, um biólogo celular e professor do Burnham Institute for Medical Research na UC Santa Barbara, a F3 foi projetada para especificamente mirar na superfície de células cancerosas e, daí, se transportar para dentro de seus núcleos.

“Agora estamos construindo a próxima geração de nano-dispositivos de busca ativa de tumores”, disse Ruoslahti. “Esperamos que esses dispositivos melhorem o imageamento diagnóstico do câncer e permita estabelecer com precisão os alvos dos tratamentos nos tumores cancerosos”.

Os pesquisadores carregaram seus navios com três cargas, antes de injetá-los em ratos. Dois tipos de nano-partículas: óxido de ferro superparamagnético e pontos quânticos fluorescentes, forma colocados no porão de carga do navio, juntamente com a droga anti-câncer doxorubicina. As nano-partículas de óxido do ferro permitem que o navio apareça em um imageamento por Ressonância Magnética (MRI), enquanto os pontos quânticos podem ser vistos com outra ferramenta de imageamento, um escâner de fluorescência.

“O imageamento por fluorescência dá uma resolução de imagem maior do que a MRI,” diz Sailor. “Se pode imaginar um cirurgião identificando a localização específica de um tumor no corpo, antes da cirurgia, com uma MRI e, então, usando um imageamento por fluorescência para achar e remover todas as partes do tumor durante a operação”.

A equipe, com surpresa, descobriu em suas experiências que uma mesma nave mãe pode transportar várias nano-partículas de óxido de ferro, o que aumenta seu brilho durante um MRI.

“A capacidade dessas nano-estruturas em carregar mais de uma nano-partícula de material superparamagnético as torna mais fáceis de ver com MRI, o que se pode traduzir em uma detecção mais precoce de tumores menores”. diz Sailor. “O fato de que as naves podem carregar cargas altamente diferentes — uma nano-partícula magnética, um ponto quântico fluorescente e uma pequena molécula de droga — foi uma surpresa real”.

Os pesquisadores observaram que a construção desses assim chamados “nano-sistemas híbridos” que contém vários tipos diferentes de nano-partículas, está sendo explorado por diversos outros grupos de pesquisa. Embora esses híbridos tenham sido empregados em várias aplicações em laboratório fora de sistemas vivos, disse Sailor, eles são limitados as estudos in vivo, ou dentro de organismos vivos, particularmente para imageamento e terapia de câncer.

“Isto se deve à pequena estabilidade e dos curtos tempos de circulação dentro do sangue, normalmente observados para essas nano-estruturas mais complexas”, acrescenta ele. Por isso, este último estudo é original de uma forma importante.

“O presente estudo é o primeiro exemplo de um único nano-material sendo usado simultaneamente para transporte de drogas e imageamento multimodal de tecidos doentes em um animal vivo”, dise Ji-Ho Park, um estudante de pós-graduação do laboratório de Sailor que fez parte da equipe. Geoffrey von Maltzahn, um estudante de pós-graduação que trabalhou no laboratório de Bhatia, tabé esteve envolvido no projeto que foi financiado pelo National Cancer Institute do National Institutes of Health.

As nano naves mães se parecem com um coração de noz coberto com uma camada de chocolate, no qual um lipídio biocompatível forma a camada de chocolate e as nano-partículas magnéticas, os pontos quânticos e as moléculas da droga doxorubicina são o coração da noz. Elas navegam através da corrente sanguínea em grupos que, vistos com um microscópio eletrônico, se parecem com cordões de pérolas rompidos.

Os pesquisadores estão agora trabalhando no desenvolvimento de maneiras para dar um tratamento no casco exterior das nano naves com “CEPs” específicos, que lhes permita chegarem a tumores, órgãos e outros “endereços” específicos no corpo.

Filme disponível em: http://luminance.ucsd.edu/video/nanoships.mov

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Eu me pergunto o quanto dessa alegoria com “navios cargueiros” não vem do nome do pesquisador-chefe… Se ele se chamasse “Pilot”, certamente estaríamos falando em “aviões de bombardeio”…