Pela primeira vez, os pesquisadores descobriram uma maneira de injetar uma dose precisa de um agente de terapia genética diretamente em uma única célula viva sem uma agulha.

A técnica usa eletricidade para "disparar" pedaços de biomoléculas terapêuticas através de um minúsculo canal e para dentro de uma célula em uma fração de segundo.

L. James Lee e seus colegas da Ohio State University descrevem a técnica na edição online da revista Nature Nanotechnology , onde eles relatam a inserção bem-sucedida de doses específicas de um gene anticâncer em células individuais de leucemia para matá-las.

Eles apelidaram o método de "eletroporação de nanocanais, "ou NEP.

"O NEP nos permite investigar como as drogas e outras biomoléculas afetam a biologia celular e as vias genéticas em um nível não alcançável por quaisquer técnicas existentes, "disse Lee, quem é Helen C. Kurtz Professora de Engenharia Química e Biomolecular e diretora do Centro de Ciência e Engenharia em Nanoescala NSF para Nanoengenharia Acessível de Dispositivos Biomédicos Poliméricos no Estado de Ohio.

Há muito tempo existem maneiras de inserir quantidades aleatórias de biomateriais em grandes quantidades de células para terapia genética. E agulhas finas podem injetar quantidades específicas de material em células grandes. Mas a maioria das células humanas é muito pequena para que até mesmo as menores agulhas tenham alguma utilidade.

A NEP contorna o problema suspendendo uma célula dentro de um dispositivo eletrônico com um reservatório de agente terapêutico próximo. Pulsos elétricos empurram o agente para fora do reservatório e através de um canal de escala nanométrica (bilionésimo de metro) no dispositivo, através da parede celular, e na célula. Os pesquisadores controlam a dose ajustando o número de pulsos e a largura do canal.

No Nature Nanotechnology , eles explicam como construíram dispositivos protótipos usando carimbos de polímero. Eles usaram fitas individuais de DNA como modelos para os canais nanométricos.

Lee inventou a técnica para desenrolar fitas de DNA e transformá-las em padrões precisos para que pudessem funcionar como fios em dispositivos médicos e eletrônicos de base biológica. Mas para este estudo, fitas de DNA revestidas de ouro foram esticadas entre dois reservatórios e então gravadas, a fim de deixar para trás um nanocanal de dimensões precisas conectando os reservatórios dentro do dispositivo polimérico.

Eletrodos nos canais transformam o dispositivo em um minúsculo circuito, e pulsos elétricos de algumas centenas de volts viajam do reservatório com o agente terapêutico através do nanocanal e para um segundo reservatório com a célula. Isso cria um forte campo elétrico na saída do nanocanal, que interage com a carga elétrica natural da célula para forçar a abertura de um orifício na membrana celular - um grande o suficiente para entregar o agente, mas pequeno o suficiente para não matar a célula.

Em testes, eles foram capazes de inserir agentes nas células em apenas alguns milissegundos, ou milésimos de segundo.

Primeiro, eles marcaram pedaços de DNA sintético com moléculas fluorescentes, e usou o NEP para inseri-los em células imunes humanas. Após um único pulso de 5 milissegundos, eles começaram a ver manchas de fluorescência espalhadas dentro das células. Eles testaram diferentes comprimentos de pulso de até 60 milissegundos - o que preencheu as células com fluorescência.

Para testar se NEP pode entregar agentes terapêuticos ativos, eles inseriram pedaços de RNA terapêutico em células de leucemia. Pulsos de apenas 5 milissegundos entregaram RNA suficiente para matar algumas das células. Pulsos mais longos - se aproximando de 10 milissegundos - mataram quase todos eles. Eles também inseriram algum RNA inofensivo em outras células de leucemia para comparação, e essas células viveram.

No momento, o processo é mais adequado para pesquisas de laboratório, Lee disse, porque ele funciona apenas em uma célula ou em várias células de cada vez. Mas ele e sua equipe estão trabalhando em maneiras de injetar muitas células simultaneamente. Eles estão atualmente desenvolvendo um sistema mecânico de carregamento de células que injetaria até 100, 000 células de uma vez, o que tornaria potencialmente possíveis diagnósticos e tratamentos clínicos.

"Esperamos que o NEP possa eventualmente se tornar uma ferramenta para a detecção e tratamento precoce do câncer - por exemplo, inserir quantidades precisas de genes ou proteínas em células-tronco ou células imunes para orientar sua diferenciação e mudanças - sem as preocupações de segurança causadas por overdose, e, em seguida, colocar as células de volta no corpo para terapia baseada em células, "Lee acrescentou.

Ele vê aplicações em potencial para diagnosticar e tratar a leucemia, câncer de pulmão, e outros tumores. Ele está trabalhando com pesquisadores do Comprehensive Cancer Center do Estado de Ohio para explorar essas possibilidades.