p A nanotecnologia levou a melhores técnicas de diagnóstico e tratamentos mais eficazes para uma variedade de doenças. Dispositivos minúsculos medindo entre 1 e 100 micrômetros - um micrômetro é igual a um milionésimo de um metro - permitem que os cientistas observem a atividade celular e administrem medicamentos a células individuais - um avanço que está prestes a revolucionar a medicina de precisão para o tratamento de doenças como Câncer. p Um obstáculo para cumprir a promessa da nanomedicina é a incapacidade de observar as interações de célula para célula em nanoescala em um ambiente que simula de perto o ambiente dinâmico dentro do corpo. Um ambiente de microfluido que imita o fluxo sanguíneo é a chave para aprender como as células são danificadas por doenças - e como elas podem se recuperar em resposta ao tratamento.

p Agora, uma equipe de pesquisadores da Lehigh University e da University of Pennsylvania desenvolveu uma técnica para observar a interação célula a célula em nanoescala sob condições de micro-fluidos. Eles aplicaram com sucesso a técnica para o estudo da inflamação dos vasos sanguíneos, uma condição que prepara o palco para doenças cardíacas, a principal causa de morte nos EUA e em todo o mundo. Suas descobertas foram publicadas em Biomicrofluídica .

p "Mostramos que nossa técnica pode ser aplicada com sucesso ao estudo da inflamação e estamos trabalhando em uma maneira de observar e intervir de forma semelhante no reparo de células tumorais, "disse Yaling Liu, Professor Associado de Engenharia Mecânica e Mecânica, Bioengenharia em Lehigh e co-autora do estudo.

p Imitando o processo de transferência dinâmica

p Crônica, a inflamação de baixo grau está fortemente associada a células endoteliais disfuncionais, que formam o revestimento interno dos vasos sanguíneos. O aparecimento da molécula de adesão intercelular-1 (ICAM-1) na superfície das células endoteliais, fundamental na regulação da interação célula a célula como parte da resposta do sistema imunológico do corpo, é um sinal claro de que a inflamação e a doença estão presentes. Portanto, observar a ativação das células endoteliais em condições de doença é essencial para compreender como as doenças cardíacas se desenvolvem e como evitá-las.

p A melhor maneira de observar essas mudanças é dentro do corpo. Contudo, é muito difícil fazer isso. A observação da doença em uma cultura de células estáticas - removendo e cultivando células em um ambiente artificial, como uma placa de Petri - é limitada em sua capacidade de retratar com precisão as interações dinâmicas sob condições de fluxo sanguíneo.

p Além de Liu, a equipe de Lehigh inclui Linda Lowe-Krentz, Professor, Ciências Biológicas; H. Daniel Ou-Yang, Professor, Física; e Ph.D. estudante Antony Thomas. Eles colaboraram com Vladimir R. Muzykantov, Professor de Farmacologia na Universidade da Pensilvânia para desenvolver um vaso sanguíneo em um chip para estudar a dinâmica de ICAM-1 na superfície de células endoteliais ativadas em condições de doença.

p "Fomos capazes de imitar e observar o processo de transferência dinâmica - aquele momento em que as nanopartículas revestidas de anticorpo da molécula de adesão intercelular-1 se ligam à regulação positiva da inflamação de sinalização celular pelas células endoteliais - em um chip. Também fomos capazes de controlar precisamente o fluxo de fluido, "disse Liu." Este método confiável e relativamente simples simula as condições sob as quais as células endoteliais existem no corpo, tornando possível observar a patologia celular em tempo real, e analisar as diferenças nas respostas das células ao tratamento. "

p Um ambiente ideal para testes de drogas

p Como essa nova tecnologia cria uma plataforma para se concentrar em uma determinada região doente, Liu e seus colegas acreditam que é ideal para testar novos tratamentos de doenças.

p As células saudáveis ​​existem no mesmo chip que as células doentes, o que permite um controle mais localizado para testar um determinado medicamento. Esse, combinado com o ambiente de fluxo sanguíneo simulado, também permite que os pesquisadores coletem um conjunto de dados muito mais robusto do que poderiam usando uma cultura estática.

p O uso de nanopartículas revestidas de anticorpos pela equipe como sondas de imagem para avaliar as características das células é outro benefício importante da nova tecnologia. O uso de sondas de nanopartículas elimina a necessidade de empregar anticorpos ICAM-1 marcados com radioisótopos para rastrear interações celulares - uma técnica repleta de desafios regulatórios e de segurança. Também é muito caro.

p "Nosso sistema oferece um ambiente mais seguro, maneira menos custosa e proibitiva de testar um novo medicamento em um ambiente que se aproxima muito do ambiente de uma região doente, "disse Liu.

p Uma "ponte" para a medicina de precisão

p A plataforma inovadora da equipe também fornece uma visão inicial crucial da eficácia e segurança de um novo medicamento - uma etapa particularmente importante considerando os riscos e despesas associados aos testes clínicos em humanos.

p Um estudo de 2012 submetido ao Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos EUA detalhou os custos dos ensaios clínicos de medicamentos. Os autores do "Exame dos Custos de Ensaios Clínicos e Barreiras para o Desenvolvimento de Medicamentos" estimaram que o custo de completar os ensaios clínicos para um novo medicamento está entre aproximadamente $ 50 milhões e $ 115 milhões, dependendo da área terapêutica - sistema respiratório e oncologia estão entre os mais caros .

p O estudo também identificou os custos dos ensaios clínicos como uma possível razão por trás da desaceleração nas solicitações de aprovações de novos medicamentos. Entre 2003 e 2012, o número de aprovações de novos medicamentos pela FDA por ano caiu da média da década anterior de 30 para 25,7. O número médio anual de arquivamentos também caiu ligeiramente no mesmo período. Os autores afirmam:"Uma redução no fluxo de aplicação de drogas significa menos novas terapias nos anos futuros."

p A tecnologia desenvolvida pela equipe de Lehigh e UPenn oferece às empresas farmacêuticas a capacidade de obter uma visão antecipada da eficácia e do perfil de segurança de um novo tratamento antes de se comprometer com os ensaios clínicos, incorrendo assim em menos risco e custos mais baixos. De acordo com Liu, esse exame inicial pode atuar como uma "ponte" entre o desenvolvimento de um medicamento e os testes em humanos. Em última análise - e mais importante - fornecer essa "ponte" poderia resultar no desenvolvimento de mais novos tratamentos de doenças que chegassem aos consumidores mais rapidamente.

p Ao cultivar diretamente as células do paciente em seu chip biomimético e testá-las em condições semelhantes às observadas in vivo, pode fornecer insights para medicina de precisão que é adaptada para um paciente específico em um ambiente específico do paciente.

p Liu, junto com o mentor da indústria Ira Weisberg (CEO da Amherst Pharmaceuticals) e o líder empreendedor Christopher Uhl (estudante de Ph.D. em Bioengenharia em Lehigh) receberam uma bolsa da NSF Innovation Corp e têm trabalhado com o Escritório de Transferência de Tecnologia da Universidade de Lehigh para comercializar a tecnologia sob o nome de empresa PharmaFlux.

p "À medida que continuamos a desenvolver a plataforma além do estudo da inflamação, "Liu disse, "Esperamos dar uma contribuição significativa para a aceleração da distribuição direcionada de medicamentos e ajudar a inaugurar uma nova era de medicamentos melhores."