Uma equipe de pesquisa de engenharia da Universidade de Toronto criou uma nova plataforma que fornece várias proteínas terapêuticas ao corpo, cada uma em sua própria taxa controlada de forma independente. A inovação pode ajudar a tratar doenças degenerativas, como a degeneração macular relacionada à idade (DMRI), a principal causa de perda de visão em pessoas com mais de 50 anos.
Ao contrário das drogas tradicionais feitas de pequenas moléculas, as proteínas terapêuticas são versões sintéticas de biomoléculas maiores naturalmente presentes no corpo. Um exemplo é a insulina sintética usada para tratar diabetes. Existem outras proteínas que podem modular os processos de reparo do próprio corpo de maneiras que as drogas de pequenas moléculas não podem.

"As proteínas têm um grande potencial terapêutico, mas são notoriamente difíceis de fornecer", diz a professora Molly Shoichet (ChemE, BME, Donnelly), que liderou a equipe. "Por mais de uma década, nosso grupo vem apresentando diferentes maneiras de resolver esse problema fundamental."

Um desafio é que as proteínas são menos estáveis ​​quimicamente do que pequenas moléculas, tornando-as vulneráveis ​​a danos causados ​​por forças físicas ou interações com solventes e outros produtos químicos. Outro desafio é levá-los ao local onde são necessários.

"Você pode injetar uma proteína terapêutica no local de uma lesão, mas os processos bioquímicos naturais dentro do corpo tendem a eliminá-los rapidamente", diz Carter Teal (candidato ao BME Ph.D.), estudante de pós-graduação no laboratório de Shoichet.

"Para superar isso, você precisa de sistemas que liberem lentamente as proteínas de maneira controlada - e você não pode necessariamente usar os mesmos que usaria para moléculas de drogas tradicionais, porque muitas vezes são muito duras".

Shoichet e sua equipe se especializam na fabricação de materiais biocompatíveis chamados hidrogéis, que têm uma estrutura porosa e esponjosa com espaços grandes o suficiente para permitir que as proteínas terapêuticas se movam livremente. Os hidrogéis podem ser infundidos com essas proteínas e depois implantados no corpo, onde as proteínas se difundem lentamente ao longo do tempo.

“Uma vantagem dos hidrogéis é que eles podem ser personalizados para fornecer propriedades mecânicas e taxas de liberação de proteínas desejadas por meio de modificação com uma variedade de grupos químicos que se ligam de diferentes maneiras ou interagem com as proteínas terapêuticas que queremos fornecer”, diz Marian Hettiaratchi , que trabalhou no projeto como bolsista de pós-doutorado no laboratório de Shoichet e agora é professor do Phil and Penny Knight Campus da Universidade de Oregon para Acelerar o Impacto Científico.

“As proteínas também podem ser facilmente misturadas em hidrogéis sem interromper sua estrutura, e vários hidrogéis demonstraram proteger as proteínas da degradação quando entregues ao corpo”.

Em seu último artigo, publicado em Materiais Avançados , a equipe modificou seus hidrogéis com proteínas affibody, biomoléculas semelhantes a pequenos anticorpos.

"As proteínas Affibody foram originalmente derivadas de uma bactéria conhecida como Staphylococcus aureus", diz Teal.

"S. aureus produz uma proteína - conhecida como proteína A - e separando e modificando uma pequena parte da proteína A, podem ser criados agentes de ligação personalizáveis ​​para muitos tipos diferentes de biomoléculas. Esses agentes de ligação são chamados de proteínas affibody."

A equipe de engenharia da U of T trabalhou com o professor Ben Hackel da Universidade de Minnesota Twin Cities e sua equipe no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais, que forneceu uma biblioteca de mais de 100 milhões de proteínas affibody variantes.

A equipe de Shoichet então rastreou essa biblioteca para encontrar proteínas affibody que se ligariam a cada uma das duas proteínas terapêuticas que eles queriam entregar:fator de crescimento semelhante à insulina-1 (IGF-1) e fator derivado do epitélio pigmentar (PEDF).

Pesquisas anteriores mostraram que o IGF-1 e o PEDF têm o potencial de retardar o progresso de doenças degenerativas da retina, como a AMD por conta própria. Quando usados ​​em combinação, eles podem ser ainda mais potentes do que qualquer um por si só.

"Normalmente, quando os pesquisadores fazem esses tipos de triagem, eles estão procurando por proteínas affibody com alta seletividade, o que significa que elas se ligam apenas à proteína que você deseja, e alta afinidade, o que significa que elas se ligam firmemente à proteína alvo", diz Shoichet.

"No nosso caso, queríamos alta seletividade, mas apenas afinidade moderada, porque queremos que a proteína terapêutica seja liberada lentamente ao longo do tempo. É um pouco como encontrar tesouros no lixo:são variantes que, em um contexto diferente, apenas foram jogados fora."

Depois de estreitar o campo para as duas proteínas affibody com a seletividade e afinidade de que precisavam, a equipe usou uma técnica chamada "química do clique" para revesti-las em seus hidrogéis.

Testes realizados nesses materiais mostraram que IGF-1 e PEDF foram liberados mais lentamente e permaneceram ativos em solução por mais tempo com esses novos hidrogéis de affibody do que com hidrogéis sem affibody.

Eles também mostraram que as taxas de liberação podem ser controladas independentemente, variando os níveis das duas proteínas affibody. Por exemplo, se a equipe quisesse diminuir a taxa de liberação de IGF-1, deixando a taxa de liberação de PEDF inalterada, eles poderiam simplesmente usar mais do par de proteínas affibody correspondente no hidrogel.

"O processo de seleção tem muitas etapas diferentes, e levou muitos meses para passar de centenas de milhões de candidatos em potencial para os dois que eventualmente selecionamos", diz Teal. "Foi realmente emocionante ver que, no final disso, alcançamos o que nos propusemos a fazer."

Como a abordagem é modular, Shoichet diz que pode ser facilmente adaptada para outros usos.

"Escolhemos IGF-1 e PEDF por causa de seu efeito sinérgico no tratamento da degeneração macular, que há muito tem sido um foco de nosso laboratório, mas você pode fazer isso para qualquer conjunto de proteínas", diz ela.

"Agora que mostramos que é possível, esperamos que abra o campo para outros." + Explorar mais

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