Projetar nanomedicina para combater doenças é uma área quente da pesquisa científica, principalmente para tratar o câncer, mas muito pouco se sabe no contexto da doença aterosclerótica. Os cientistas desenvolveram um microchip revestido com células dos vasos sanguíneos para aprender mais sobre as condições em que as nanopartículas se acumulam nas artérias cheias de placas de pacientes com aterosclerose, a causa subjacente de enfarte do miocárdio e acidente vascular cerebral.

Na pesquisa, os microchips foram revestidos com uma fina camada de células endoteliais, que constituem a superfície interna dos vasos sanguíneos. Em vasos sanguíneos saudáveis, as células endoteliais atuam como uma barreira para manter objetos estranhos fora da corrente sanguínea. Mas em locais propensos a aterosclerose, a barreira endotelial se quebra, permitindo que coisas entrem e saiam das artérias que não deveriam.

Em um novo estudo, nanopartículas foram capazes de cruzar a camada de células endoteliais no microchip em condições que imitam a camada permeável na aterosclerose. Os resultados no dispositivo microfluídico se correlacionaram bem com o acúmulo de nanopartículas nas artérias de um modelo animal com aterosclerose, demonstrando a capacidade do dispositivo de ajudar a filtrar nanopartículas e otimizar seu design.

"É um modelo simples - um microchip, não prato de cultura de células - o que significa que um microchip endotelializado simples com microeletrodos pode mostrar algumas previsões ainda importantes do que está acontecendo em um grande modelo animal, "disse YongTae (Tony) Kim, professor assistente de bioengenharia na Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

A pesquisa foi publicada em janeiro online na revista. Proceedings of the National Academy of Sciences . Este trabalho representa um esforço multidisciplinar de pesquisadores que estão colaborando dentro do Programa de Excelência em Nanotecnologia financiado pelo National Heart, Pulmão, e Instituto de Sangue, os Institutos Nacionais de Saúde (NIH). A equipe inclui pesquisadores do Instituto David H. Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT, a Escola de Medicina Icahn no Monte Sinai, o Centro Médico Acadêmico de Amsterdã, Instituto de Tecnologia Kyushu no Japão, e a Escola de Medicina da Universidade de Boston e a Escola de Medicina de Harvard.

Kim começou o trabalho como seu pós-doutorado no Massachusetts Institute of Technology (MIT) no laboratório de Robert Langer.

"Este é um exemplo maravilhoso de desenvolvimento de uma nova abordagem de nanotecnologia para resolver um problema médico importante, "disse Robert Langer, o professor do David H. Koch Institute no Massachusetts Institute of Technology, que é conhecido por seu trabalho em engenharia de tecidos e distribuição de medicamentos.

Kim e Langer se uniram a pesquisadores da Icahn School of Medicine no Mount Sinai, em Nova York. Mark Lobatto, co-autor principal trabalha nos laboratórios de Willem Mulder, um especialista em nanomedicina cardiovascular e Zahi Fayad, o diretor do Translational and Molecular Imaging Institute do Mount Sinai.

"O trabalho representa uma integração única da tecnologia microfluídica, nanomedicina cardiovascular, biologia vascular e imagem in vivo. Agora entendemos melhor como funciona o direcionamento de nanopartículas na aterosclerose ”, diz Lobatto.

Os pesquisadores esperam que seu microchip possa acelerar o processo de desenvolvimento da nanomedicina ao prever melhor o desempenho das nanopartículas terapêuticas em modelos animais maiores, como coelhos. Esse modelo in vitro complementar economizaria tempo e dinheiro e exigiria menos animais.

Poucos sistemas de entrega de drogas à base de nanopartículas, em comparação com os estudos propostos, foram aprovados pela Food and Drug Administration dos EUA, Kim disse. Todo o processo de desenvolvimento de uma plataforma de nanomedicina pode levar 15 anos para ir desde a ideia até a síntese, passando pelos testes in vitro, passando pelos testes in vivo e sua aprovação.

"É um processo frustrante, "Muitas vezes o que funciona em pratos de cultura de células não funciona em modelos animais", disse Kim.

Para ajudar a acelerar a pesquisa da nanomedicina, melhorando as capacidades preditivas dos testes in vitro, Kim e seus colegas projetaram seu microchip para imitar o que está acontecendo no corpo melhor do que o que é atualmente possível através da cultura celular de rotina.

"No futuro, podemos fazer microchips que são muito mais semelhantes ao que está acontecendo em modelos animais, ou mesmo seres humanos, em comparação com os estudos convencionais de placa de cultura de células, "Kim disse.

Em seu microchip, os cientistas podem controlar a permeabilidade da camada de células endoteliais alterando a taxa de fluxo sanguíneo através das células ou introduzindo uma substância química que é liberada pelo corpo durante a inflamação. Os pesquisadores descobriram que a permeabilidade das células no microchip se correlacionou bem com a permeabilidade dos microvasos em um grande modelo animal de aterosclerose.

Os microchips permitem o controle preciso do ambiente mecânico e químico em torno das células vivas. Usando o microchip, os pesquisadores podem criar condições fisiologicamente relevantes para as células, alterando a taxa de fluxo sanguíneo através das células ou introduzindo uma substância química que é liberada pelo corpo durante a inflamação.

Kim disse que, embora este sistema baseado em microchip ofereça melhor previsibilidade do que os atuais experimentos de cultura de células, não substituirá a necessidade de estudos em animais, que fornecem uma imagem relativamente mais completa de como uma determinada nanomedicina pode funcionar em humanos.

"Isso é melhor do que um experimento em placa in vitro, mas não vai replicar perfeitamente o que está acontecendo dentro do corpo em um futuro próximo, "Kim disse." Isso ajudará a tornar todo esse processo mais rápido e salvar uma série de animais. "