A camada externa desta nanopartícula (em amarelo) cai em um ambiente ácido. Imagem:Stephen Morton
Os engenheiros químicos do MIT desenvolveram um novo tipo de nanopartícula de entrega de drogas que explora uma característica compartilhada por quase todos os tumores:eles são mais ácidos do que os tecidos saudáveis.
Essas partículas podem atingir quase qualquer tipo de tumor, e pode ser projetado para transportar praticamente qualquer tipo de droga, diz Paula Hammond, um membro do Instituto David H. Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer no MIT e autor sênior de um artigo que descreve as partículas no jornal ACS Nano .
Como a maioria das outras nanopartículas de distribuição de drogas, as novas partículas do MIT são envoltas em uma camada de polímero que as protege de serem degradadas pela corrente sanguínea. Contudo, a equipe do MIT, incluindo o autor principal e associado de pós-doutorado Zhiyong Poon, projetou esta camada externa para cair depois de entrar no ambiente ligeiramente mais ácido perto de um tumor. Isso revela outra camada capaz de penetrar células tumorais individuais.
No ACS Nano papel, que ficou online em 23 de abril, os pesquisadores relataram que, Em ratos, suas partículas podem sobreviver na corrente sanguínea por até 24 horas, acumulam-se nos locais do tumor e entram nas células tumorais.
Um novo alvo
A nova abordagem do MIT difere daquela adotada pela maioria dos projetistas de nanopartículas. Tipicamente, os pesquisadores tentam direcionar suas partículas para um tumor, decorando-as com moléculas que se ligam especificamente a proteínas encontradas na superfície das células cancerosas. O problema com essa estratégia é que é difícil encontrar o alvo certo - uma molécula encontrada em todas as células cancerosas de um tumor específico, mas não em células saudáveis. Também, um alvo que funciona para um tipo de câncer pode não funcionar para outro.
Hammond e seus colegas decidiram aproveitar a acidez do tumor, que é um subproduto de seu metabolismo acelerado. As células tumorais crescem e se dividem muito mais rapidamente do que as células normais, e essa atividade metabólica consome muito oxigênio, o que aumenta a acidez. Conforme o tumor cresce, o tecido torna-se cada vez mais ácido.
Para construir suas partículas-alvo, os pesquisadores usaram uma técnica chamada “montagem camada por camada”. Isso significa que cada camada pode ser adaptada para executar uma função específica.
Quando a camada externa (feita de polietilenoglicol, ou PEG) decompõe-se no ambiente ácido do tumor, uma camada intermediária carregada positivamente é revelada. Essa carga positiva ajuda a superar outro obstáculo à entrega de nanopartículas de drogas:uma vez que as partículas atingem um tumor, é difícil fazer com que eles entrem nas células. Partículas com carga positiva podem penetrar na membrana celular carregada negativamente, mas tais partículas não podem ser injetadas no corpo sem um "manto" de algum tipo, porque também destruiriam tecidos saudáveis.
O revestimento de polímero (azul claro) é eliminado conforme a partícula se aproxima de um tumor, expondo cargas positivas. Essas cargas ajudam a partícula a ser absorvida pela membrana da célula tumoral. Imagem:Stephen Morton
A camada mais interna das nanopartículas pode ser um polímero que carrega um medicamento contra o câncer, ou um ponto quântico que poderia ser usado para imagens, ou praticamente qualquer outra coisa que o designer possa querer entregar, diz Hammond, quem é o Bayer Professor of Chemical Engineering no MIT.
Camada por camada
Outros pesquisadores tentaram projetar nanopartículas que aproveitem a acidez dos tumores, mas as partículas de Hammond são as primeiras que foram testadas com sucesso em animais vivos.
Jinming Gao, professor de oncologia e farmacologia da University of Texas Southwestern Medical Center, afirma que é “muito inteligente” usar a montagem camada por camada para criar partículas com uma camada protetora que pode ser desprendida quando as partículas atingem seus alvos. “É uma boa prova de conceito, ”Diz Gao, que não fazia parte da equipe de pesquisa. “Isso poderia servir como uma estratégia geral para direcionar o microambiente tumoral ácido para melhorar a distribuição de medicamentos”.
Os pesquisadores estão planejando desenvolver ainda mais essas partículas e testar sua capacidade de administrar drogas em animais. Hammond diz que espera que possa levar de cinco a dez anos de desenvolvimento antes que os testes clínicos em humanos possam começar.
A equipe de Hammond também está trabalhando em nanopartículas que podem transportar várias cargas úteis. Por exemplo, a camada externa de PEG pode transportar uma droga ou um gene que "prepararia" as células tumorais para serem suscetíveis a outra droga transportada no núcleo da partícula.
