Muitas tecnologias de imagem e seus agentes de contraste - produtos químicos usados ​​durante as varreduras para ajudar a detectar tumores e outros problemas - envolvem a exposição à radiação ou metais pesados, que apresentam riscos potenciais à saúde dos pacientes e limitam as formas como podem ser aplicados. Em um esforço para mitigar essas desvantagens, uma nova pesquisa dos engenheiros da Universidade da Pensilvânia mostra uma maneira de revestir um agente de contraste à base de ferro para que ele interaja apenas com o ambiente ácido dos tumores, tornando-o mais seguro, mais barato e mais eficaz do que as alternativas existentes.

A pesquisa foi conduzida pelo professor associado Andrew Tsourkas e pelo estudante de graduação Samuel H. Crayton, do departamento de bioengenharia da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn. Foi publicado na revista ACS Nano.

Imagem de ressonância magnética, ou ressonância magnética, é uma característica cada vez mais comum dos cuidados médicos. Usando um forte campo magnético para detectar e influenciar o alinhamento das moléculas de água no corpo, A ressonância magnética pode produzir rapidamente imagens de uma ampla variedade de tecidos corporais, embora a clareza dessas imagens às vezes seja insuficiente para o diagnóstico. Para melhorar a diferenciação - ou contraste - entre tumores e tecido saudável, os médicos podem aplicar um agente de contraste, como nanopartículas contendo óxido de ferro. O óxido de ferro pode melhorar as imagens de ressonância magnética devido à sua capacidade de distorcer o campo magnético do scanner; as áreas em que estão concentradas se destacam mais claramente.

Essas nanopartículas, que foram recentemente aprovados nos Estados Unidos para uso clínico como agentes de contraste, são literalmente cobertos de açúcar; uma camada externa de dextrano impede que as partículas se liguem ou sejam absorvidas pelo corpo e potencialmente adoecendo o paciente. Este revestimento não reativo permite que o óxido de ferro seja lavado após a conclusão da imagem, mas também significa que as partículas não podem ser direcionadas a um tipo específico de tecido.

Se o agente de contraste pudesse ser projetado de forma que ele apenas aderisse ao tecido que já está doente, como tumores, resolveria os dois problemas de uma vez. Os cientistas tentaram essa abordagem revestindo nanopartículas com proteínas que se ligam apenas a receptores encontrados no exterior dos tumores, mas nem todos os tumores são iguais a esse respeito.

"Uma das limitações de uma abordagem baseada em receptor é que você simplesmente não atinge tudo, "É difícil recomendá-los como uma ferramenta de triagem quando você sabe que os receptores-alvo são expressos em apenas 30% dos tumores", disse Tsourkas.

"Uma das razões pelas quais gostamos de nossa abordagem é que ela atinge muitos tumores; quase todos os tumores exibem uma alteração na acidez de seu microambiente."

Os engenheiros da Penn aproveitaram algo conhecido como efeito Warburg, uma peculiaridade do metabolismo do tumor, para contornar o problema de segmentação. A maioria das células do corpo são aeróbicas; eles obtêm energia principalmente do oxigênio. Contudo, mesmo quando o oxigênio é abundante, as células cancerosas usam um processo anaeróbico para obter sua energia. Como músculos sobrecarregados, eles transformam glicose em ácido láctico, mas ao contrário dos músculos normais, os tumores interrompem o fluxo sanguíneo ao redor deles e têm dificuldade em limpar o ácido. Isso significa que os tumores quase sempre têm um pH mais baixo do que o tecido saudável circundante.

Algumas tecnologias de imagem, como espectroscopia de ressonância magnética, também pode tirar proveito dos microambientes de baixo pH dos tumores, mas requerem equipamento especializado caro que não está disponível na maioria dos ambientes clínicos.

Ao usar glicol quitosana - um polímero à base de açúcar que reage aos ácidos - os engenheiros permitiram que os nanocarreadores permanecessem neutros quando próximos ao tecido saudável, mas para se tornar ionizado em pH baixo. A mudança de carga que ocorre nas proximidades de tumores ácidos faz com que os nanocarreadores sejam atraídos e retidos nesses locais.

Esta abordagem tem outro benefício:quanto mais maligno for um tumor, quanto mais ele perturba os vasos sanguíneos circundantes e mais ácido seu ambiente se torna. Isso significa que o glicol revestido com quitosana é um bom detector de malignidade, abrindo opções de tratamento acima e além do diagnóstico.

"Você pode pegar qualquer nanopartícula e colocar esse revestimento nela, então não se limita a imagens de forma alguma, "disse Tsourkas." Você também pode usá-lo para entregar medicamentos a locais de tumor. "

Os pesquisadores esperam que, dentro de sete a 10 anos, nanopartículas de óxido de ferro revestidas com glicol-quitosana podem melhorar a especificidade da triagem diagnóstica. A capacidade de detectar com precisão os locais de malignidade por ressonância magnética seria uma melhoria imediata para os agentes de contraste existentes para determinados exames de câncer de mama.

"Gadolínio é usado como agente de contraste em exames de ressonância magnética do câncer de mama para pacientes de alto risco. Recomenda-se que essas pacientes façam uma ressonância magnética, além da mamografia usual, porque a sensibilidade das mamografias pode ser pobre, "disse Tsourkas." A sensibilidade de uma ressonância magnética é muito maior, mas a especificidade é baixa:o rastreio detecta muitos tumores, mas muitos deles são benignos. Ter uma ferramenta como a nossa permitiria aos médicos diferenciar melhor os tumores benignos e malignos, especialmente porque foi demonstrado que existe uma correlação entre a malignidade e o pH. "