p Usando "nanoblastos" químicos que fazem pequenos orifícios nas membranas protetoras das células, pesquisadores demonstraram uma nova técnica para obter pequenas moléculas terapêuticas, proteínas e DNA diretamente nas células vivas. p Nanopartículas de carbono ativadas por rajadas de luz laser acionam as minúsculas explosões, que abrem buracos nas membranas celulares apenas o tempo suficiente para admitir os agentes terapêuticos contidos no fluido circundante. Ao ajustar a exposição do laser, os pesquisadores administraram um composto marcador de pequenas moléculas a 90 por cento das células-alvo - enquanto mantinham mais de 90 por cento das células vivas.

p A pesquisa foi patrocinada pelos National Institutes of Health e pelo Institute of Paper Science and Technology da Georgia Tech. Será relatado na edição de agosto da revista Nature Nanotechnology .

p "Esta técnica pode nos permitir entregar uma ampla variedade de terapêuticas que agora não podem entrar facilmente nas células, "disse Mark Prausnitz, professor da Escola de Engenharia Química e Biomolecular do Georgia Institute of Technology. "Um dos usos mais significativos para esta tecnologia pode ser para terapias baseadas em genes, que oferecem uma grande promessa na medicina, mas cujo progresso tem sido limitado pela dificuldade de inserir DNA e RNA nas células. "

p Acredita-se que o trabalho seja o primeiro a usar a ativação de nanopartículas de carbono reativas por lasers para aplicações médicas. Pesquisas adicionais e ensaios clínicos serão necessários antes que a técnica possa ser usada em humanos.

p Os pesquisadores vêm tentando há décadas conduzir DNA e RNA de forma mais eficiente para as células com uma variedade de métodos, incluindo o uso de vírus para transportar materiais genéticos para as células, revestir DNA e RNA com agentes químicos ou empregar campos elétricos e ultrassom para abrir as membranas celulares. Contudo, esses métodos anteriores geralmente sofriam de problemas de baixa eficiência ou segurança.

p Com sua nova técnica, que foi inspirado em trabalhos anteriores sobre o chamado "efeito fotoacústico, "Prausnitz e colaboradores Prerona Chakravarty, Wei Qian e Mostafa El-Sayed esperam localizar melhor a aplicação de energia nas membranas celulares, criando uma abordagem mais segura e eficiente para a administração intracelular de drogas.

p Sua técnica começa com a introdução de partículas de negro de fumo medindo 25 nanômetros - um milionésimo de polegada - de diâmetro no fluido ao redor das células nas quais os agentes terapêuticos serão introduzidos. Explosões de luz infravermelha de um laser de femotosegundo são então aplicadas ao fluido a uma taxa de 90 milhões de pulsos por segundo. As nanopartículas de carbono absorvem a luz, o que os torna quentes. As partículas quentes então aquecem o fluido circundante para formar vapor. O vapor reage com as nanopartículas de carbono para formar hidrogênio e monóxido de carbono.

p Os dois gases formam uma bolha que cresce à medida que o laser fornece energia. A bolha colapsa repentinamente quando o laser é desligado, criando uma onda de choque que abre buracos nas membranas das células próximas. As aberturas permitem que agentes terapêuticos do fluido circundante entrem nas células. Os buracos fecham rapidamente para que a célula possa sobreviver.

p Os pesquisadores demonstraram que poderiam obter a pequena molécula de calceína, a proteína albumina de soro bovino e o DNA de plasmídeo através das membranas celulares de células de câncer de próstata humano e células de gliossarcoma de rato usando esta técnica. A absorção de calceína foi observada em 90 por cento das células em níveis de laser que deixaram mais de 90 por cento das células vivas.

p "Poderíamos fazer com que quase todas as células absorvessem essas moléculas que normalmente não entrariam nas células, e quase todas as células permaneceram vivas, "disse Prerona Chakravarty, o principal autor do estudo. "Nosso sistema de nanopartículas de carbono ativado por laser permite implosões de bolhas controladas que podem romper as membranas celulares apenas o suficiente para obter as moléculas sem causar danos duradouros."

p Para avaliar quanto tempo os orifícios na membrana celular permaneceram abertos, os pesquisadores deixaram a terapêutica simulada fora do fluido quando as células foram expostas à luz do laser, em seguida, adicionou os agentes um segundo após desligar o laser. Eles quase não viram nenhuma absorção das moléculas, sugerindo que as membranas celulares se selaram rapidamente.

p Para confirmar que a reação carbono-vapor foi um fator crítico que impulsionou os nanoblastos, os pesquisadores substituíram as nanopartículas de ouro pelas nanopartículas de carbono antes da exposição à luz laser. Porque eles não tinham o carbono necessário para a reação, as nanopartículas de ouro produziram pouca absorção das moléculas, Prausnitz observou.

p De forma similar, os pesquisadores substituíram nanotubos de carbono pelas nanopartículas de carbono, e também mediu pouca absorção, o que eles explicaram observando que os nanotubos são menos reativos do que as partículas de negro de fumo.

p A experimentação mostrou ainda que o DNA introduzido nas células através da técnica ativada por laser permaneceu funcional e capaz de conduzir a expressão de proteínas. Quando o DNA de plasmídeo que codifica para a expressão de luciferase foi introduzido nas células cancerosas, a produção de luciferase aumentou 17 vezes.

p Para o futuro, os pesquisadores planejam estudar o uso de um laser de nanossegundo mais barato para substituir o instrumento de femtossegundo ultrarrápido usado na pesquisa. Eles também planejam otimizar as nanopartículas de carbono para que quase todas sejam consumidas durante a exposição à luz laser. As sobras de nanopartículas de carbono no corpo não devem produzir efeitos prejudiciais, embora o corpo possa ser incapaz de eliminá-los, Prausnitz observou.

p "Este é o primeiro estudo que mostra a prova de princípio para a ativação a laser de nanopartículas de carbono reativas para entrega de drogas e genes, "disse ele." Há um caminho considerável pela frente antes que isso possa ser levado à medicina, mas estamos otimistas de que esta abordagem pode, em última análise, fornecer uma nova alternativa para a entrega de agentes terapêuticos nas células com segurança e eficiência. "