Mecanismo de transporte de nanomateriais no fígado. Crédito:(c) Kim M. Tsoi, et al. Materiais da Natureza (2016) doi:10.1038 / nmat4718
(Phys.org) —Um dos maiores desafios para perceber o potencial das terapias direcionadas é impedir que os nanomateriais se acumulem no fígado ou baço. O fígado e o baço fazem parte do sistema fagocitário mononuclear. Seu trabalho é filtrar as toxinas da corrente sanguínea. Infelizmente, em fazer seu trabalho, também está evitando que as nanoterapias atinjam seu alvo.
Para superar esse obstáculo, um grupo de pesquisadores de várias instituições em Toronto conduziu cálculos computacionais em nível de órgão e sub-órgão, em vitro, e estudos in vivo usando pontos quânticos, nanopartículas de ouro, e nanopartículas de sílica para entender melhor o sistema de fagócitos mononucleares e o mecanismo pelo qual as nanopartículas são sequestradas. Eles descobriram que a taxa de fluxo sanguíneo, fenótipo celular, e a posição física no fígado desempenham um papel na captação de nanopartículas. Eles sugerem que o trabalho futuro deve envolver não apenas o design de nanopartículas, mas algum tipo de pré-condicionamento do fígado. O trabalho deles aparece em Materiais da Natureza .
As nanopartículas podem ser funcionalizadas de forma que a partícula atinja um determinado tipo de célula. Isso é uma grande promessa para o câncer e outras terapias direcionadas. Contudo, quando nanoterapias são testadas no corpo, a nanopartícula é eliminada da corrente sanguínea por meio do sistema de fagócitos mononucleares (MPS). Isso vale para todos os tipos de nanopartículas.
Tsoi, et al. conduziu análises de órgãos inteiros e sub-órgãos para entender melhor como o sistema MPS sequestra nanopartículas. Para seus experimentos, eles se concentraram em nanopartículas "duras" não degradáveis:pontos quânticos, nanopartículas de ouro, e nanopartículas de sílica.
Em todo o nível do órgão, Tsoi, et al. descobriram que os pontos quânticos são primeiro eliminados pelas células próximas à tríade portal e que há um gradiente de depuração através da sinusóide hepática durante a primeira passagem. O sangue flui para o fígado através da tríade portal e sai pela veia central. Isso também foi observado com nanopartículas de ouro, independentemente da funcionalização da superfície, embora a adsorção de proteínas pareça desempenhar um papel na captação de nanopartículas.
A próxima área de investigação é se a taxa de fluxo sanguíneo desempenha um papel no sequestro de nanopartículas. O fluxo sanguíneo diminui uma vez que atinge o fígado (de 10-100 cm s -1 a 200-800 μm s -1 ) Tsoi, et al. desenvolveu um modelo matemático para descrever o fluxo sanguíneo no fígado e a probabilidade de sequestro de nanopartículas. Eles então compararam seus resultados computacionais aos resultados de estudos de citometria com os ratos que foram tratados com pontos quânticos no teste de acumulação de nanopartículas. Notavelmente, enquanto a advecção é a influência dominante no fluxo sanguíneo no corpo, a difusão é a influência dominante no fígado. Eles descobriram que o fígado tinha 10 2 a 10 3 vezes mais probabilidade de sequestrar nanomateriais e esse tamanho de partícula desempenhou um papel - quanto maior a partícula, o mais provável é que tenha sido absorvido pelo fígado.
No nível do sub-órgão, Tsoi, et al. analisou quais tipos de células desempenham o maior papel na absorção de nanopartículas. Estudos para determinar a absorção celular de pontos quânticos mostraram que as células de Kupffer adsorveram o maior volume de pontos quânticos, como esperado. Contudo, o que surpreendeu foi o número de partículas internalizadas pelas células B. As células B parecem desempenhar um papel muito maior na captação de nanopartículas do que se pensava, embora as células de Kupffer ainda sejam as células-chave na remoção de nanopartículas. Outros tipos de células, incluindo células endoteliais, também desempenhou um papel na remoção de nanopartículas.
Próximo, Tsoi, et al. testou se a arquitetura do órgão afeta a absorção de nanopartículas no fígado, estudando o processo de sequestro no baço. Eles descobriram que das nanopartículas que foram removidas pelo baço, quase todos localizados na região da polpa vermelha. É aqui que o fluxo sanguíneo diminui em comparação com o fluxo por todo o corpo. Embora algumas nanopartículas residissem no baço, os macrófagos do baço internalizaram menos nanopartículas do que as células de Kupffer no fígado. Isso foi confirmado com estudos comparativos in vitro e in vivo, e demonstra que o tipo de célula de arquitetura de órgão desempenha um papel na absorção de nanopartículas.
Esta pesquisa fornece informações importantes sobre como superar a absorção de nanopartículas pelo MPS. Normalmente, os pesquisadores se concentram no design de nanopartículas, mas este estudo sugere que o ambiente corporal desempenha um papel importante no sequestro de nanopartículas. Os autores sugerem a manipulação do ambiente hospedeiro como estratégia complementar à otimização de nanopartículas. Testes preliminares mostram que dois caminhos possíveis estão mudando a taxa de fluxo sanguíneo através do fígado e mudando o fenótipo de certas células para que não sejam propensas à absorção de nanomateriais.
© 2016 Phys.org
