Os pesquisadores do câncer não hesitam em usar a nanotecnologia. Seu trabalho está fazendo progressos promissores no desenvolvimento de tratamentos mais seguros e eficazes. E agora, novos desenvolvimentos na área significam que o público em geral pode ajudar por meio de crowdsourcing.

O câncer causa uma em cada quatro mortes nos Estados Unidos, e cerca de 12,7 milhões de novos casos de câncer foram diagnosticados em todo o mundo em 2008. Os tratamentos atuais estão longe do ideal. Por exemplo, quimioterapias típicas vazam da corrente sanguínea após a injeção e se espalham por todo o corpo. Os medicamentos ficam então livres para atacar todas as células encontradas - mesmo as saudáveis ​​- causando efeitos colaterais significativos.

Obviamente, isso está longe de ser o ideal. Os bioengenheiros estão, portanto, experimentando nanopartículas que podem fornecer medicamentos e diagnósticos diretamente aos tumores. As nanopartículas são ligeiramente maiores do que as drogas:cerca de cinco a 500 nanômetros, que é cerca de 100 a 10, 000 vezes menor que um cabelo humano. Este tamanho especial permite que eles vazem pelos grandes poros dos vasos tumorais, e ainda assim estar contido na corrente sanguínea por todo o resto do corpo. Como resultado, as nanopartículas podem se acumular passivamente nos tumores, evitando o tecido saudável.

As nanopartículas vêm em tamanhos diferentes, formas e materiais. Eles podem ser carregados com drogas que são liberadas de forma controlada e revestidos com moléculas que permitem que eles interajam com seu ambiente. Algumas dessas moléculas podem ser uma assinatura para identificar exclusivamente as células cancerosas. Após a ligação, as células podem engolfar nanopartículas que então entregam sua carga dentro da célula.

Existem muitas maneiras de projetar uma nanopartícula. Dependendo do seu projeto, a nanopartícula se moverá, sentir e agir de maneiras diferentes - como um robô. O controle está no design das nanopartículas e em suas interações com o meio ambiente, ao invés de qualquer inteligência dentro dela. Em outras palavras, mudar o corpo da nanopartícula mudará seu comportamento:nós o chamamos de inteligência incorporada.

O desafio é entender qual desenho de nanopartículas melhorará o resultado do tratamento. Este é um problema difícil porque trilhões de nanopartículas interagem em um tumor com milhões de células. Prever e otimizar o comportamento de todas essas nanopartículas em um sistema tão complexo é, na melhor das hipóteses, um trabalho suposto.

Controle de enxame

Como nossas nanopartículas, bandos de pássaros, colônias de formigas, células e coletivos de robôs podem exibir comportamentos de enxame aparentemente complexos quando um grande número de agentes simples reage às informações locais. Nosso objetivo agora é explorar como as nanopartículas podem cooperar, ou enxame, para melhorar sinergicamente o seu efeito terapêutico.

Um trabalho recente do Laboratório Bhatia no MIT mostra-se promissor nessa direção. Nanopartículas de ouro se acumulariam passivamente no tumor. As nanopartículas seriam então aquecidas usando um laser, causando danos ao tecido tumoral. A segunda onda de nanopartículas, projetado para se ligar ao tecido danificado, iria, portanto, se acumular em números mais altos lá.

Usando um simulador que modela como as nanopartículas interagem entre si e com o ambiente do tumor, agora podemos explorar esses designs de enxame de nanopartículas. No exemplo de vídeo abaixo, nanopartículas simuladas que saem de um vaso sanguíneo (em vermelho) devem encontrar uma célula rara (com uma borda rosa) no tecido tumoral.

Esta célula rara pode ter uma mutação específica, e sua detecção pode ajudar a identificar um bolso de células resistentes ao tratamento. Ao projetar de forma inteligente as nanopartículas e como elas interagem com seu ambiente, somos capazes de marcar caminhos diretos dos vasos para a célula. Semelhante a formigas formando trilhas para chegar à sua mesa de piquenique, essas nanopartículas funcionam depositando e interagindo com informações no meio ambiente.

Existem muitos desses cenários de tumor e estratégias de enxame. Cada um leva tempo para ser explorado e requer muitas tentativas e erros. Também, cada problema é diferente, tornando difícil programar um computador que pode projetar automaticamente as nanopartículas.

O crowdsourcing, portanto, permite que os bioengenheiros e o público em geral imaginem novas estratégias de nanopartículas para o tratamento do câncer. O simulador chamado Nanodoc prevê como as nanopartículas se comportam em tumores e é baseado em anos de pesquisa. A esperança é que as pessoas que usam o simulador possam ajudar a descobrir novos, estratégias criativas e eficientes de nanopartículas nas quais não pensamos no laboratório.

Esta história foi publicada como cortesia de The Conversation (sob Creative Commons-Atribuição / Sem derivados).