p Um campo em crescimento chamado nanotecnologia está permitindo que os pesquisadores manipulem moléculas e estruturas muito menores do que uma única célula para aumentar nossa capacidade de ver, monitorar e destruir células cancerosas no corpo. p A tripulação do Proteus tem uma chance desesperada de salvar a vida de um homem. Encolhido ao tamanho de uma grande bactéria, o submarino contém uma equipe de cientistas e médicos correndo para destruir um coágulo de sangue no cérebro de um desertor soviético. O grupo viaja através do corpo, evitando células brancas gigantes do sangue e anticorpos minúsculos enquanto viajam pelo coração, o ouvido interno e o cérebro para alcançar e destruir o bloqueio.

p Embora eventos no filme Viagem fantástica eram rebuscados quando foi lançado em 1966, agora estão sendo realizados todos os dias em laboratórios de todo o mundo, particularmente no tratamento do câncer. Um campo em crescimento chamado nanotecnologia está permitindo que os pesquisadores manipulem moléculas e estruturas muito menores do que uma única célula para aumentar nossa capacidade de ver, monitorar e destruir células cancerosas no corpo.

p Dezenas de milhares de pacientes já receberam drogas quimioterápicas distribuídas por nanopartículas chamadas lipossomas, e dezenas de outras abordagens estão atualmente em ensaios clínicos. Nos próximos cinco a 10 anos, os maiores defensores de nossos corpos podem ser menores do que jamais poderíamos imaginar.

p 'Sensibilidade e precisão requintadas'

p "A nanotecnologia oferece uma sensibilidade e precisão requintadas que são difíceis de combinar com qualquer outra tecnologia, "disse Sam Gambhir, MD, PhD, professor e catedrático de radiologia da Faculdade de Medicina. "Na próxima década, a nanomedicina vai mudar o caminho do diagnóstico e tratamento do câncer neste país ”.

p O campo tem alguns grandes apoiadores:o Instituto Nacional do Câncer agora gasta cerca de US $ 150 milhões a cada ano em pesquisa e treinamento em nanotecnologia para combater a doença; outros institutos e centros do National Institutes of Health gastam US $ 300 milhões adicionais em pesquisas de nanotecnologia para câncer e outros distúrbios. E uma aliança nacional criada pelo NCI em 2004 para reunir pesquisadores de biologia a ciência da computação, química e engenharia agora está dando frutos - na forma de dezenas de testes clínicos - em campi e empresas em todo o país, incluindo Stanford.

p "Agora podemos detectar apenas algumas moléculas associadas ao câncer ou células tumorais circulantes no corpo em apenas alguns mililitros de sangue ou saliva, ou mapear os limites de um tumor cerebral em milímetros para avaliar sua resposta à terapia ou para planejar uma cirurgia, "Gambhir disse." Nós especialmente projetamos nanopartículas que podem enviar de volta um amplificado maciçamente, sinal surpreendente quando eles se ligam às células cancerosas no cólon, e estamos trabalhando em maneiras de acionar a automontagem de nanopartículas quando elas entram em uma célula cancerosa. O campo avançou tremendamente nos últimos 10 a 15 anos. "

p Gambhir, a Virgínia e D.K. Ludwig Professor de Investigação Clínica em Pesquisa do Câncer, co-dirige o Stanford Center for Cancer Nanotechnology and Excellence for Translational Diagnostics com Shan Wang, PhD, professor de ciência e engenharia de materiais e de engenharia elétrica.

p A capacidade de diagnosticar os primeiros sinais de problemas é crucial para os esforços de interromper as doenças em seu caminho, antes que os sintomas ou complicações apareçam - o que é um componente-chave do que é conhecido como saúde de precisão.

p "O diagnóstico precoce é absolutamente crítico, e requer um tipo de abordagem e tecnologia totalmente diferente do que confiamos no passado, "Gambhir disse." Sem nanomedicina, não teríamos a chance de cumprir nosso objetivo principal:manter nossos hospitais vazios. "

p Uma questão de escala

p Então, o que há de tão especial na nanotecnologia? Como você pode imaginar, é uma questão de escala. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro. Um cabelo humano tem cerca de 100, 000 nanômetros de diâmetro. Uma célula média, cerca de 10, 000. O Proteus, em The Fantastic Voyage, era cerca de 1, 000 nanômetros de comprimento, e os anticorpos que atacaram seus passageiros tinham cerca de 10 nanômetros de tamanho.

p Nanopartículas para uso médico são definidas como moléculas ou estruturas não maiores do que cerca de 100 nanômetros - comparáveis ​​em tamanho às dezenas de milhares de moléculas no corpo que entram e saem de células intactas e se mexem sem causar danos através das paredes dos vasos sanguíneos e nos tecidos. Como o Proteus e sua tripulação, eles podem procurar e interagir com células individuais e seus conteúdos. Mas as regras de engajamento mudaram, assim como a possível magnitude do efeito dos visitantes.

p Moléculas em escala nanométrica operam em um submundo escuro, onde as leis da física oscilam na borda de uma galáxia quântica. Os elétrons se comportam de maneira estranha em um estágio tão pequeno. Como resultado, as propriedades essenciais das nanopartículas, incluindo sua cor, Pontos de fusão, fluorescência, condutividade e reatividade química, pode variar de acordo com seu tamanho.

p Partículas em nanoescala também exibem uma quantidade enorme de área de superfície em comparação com partículas maiores. Um cubo de ouro com lados de 1 centímetro de comprimento tem uma área de superfície total de 6 centímetros quadrados. Mas o mesmo volume preenchido com nanoesferas de ouro com diâmetros de 1 nanômetro tem uma área de superfície maior do que meio campo de futebol.

p Nanopartículas 'Tuning'

p Pesquisadores como Gambhir e seus colegas aprenderam como capitalizar muitas dessas propriedades em suas buscas e destruição de células cancerosas no corpo, ou para coletá-los de uma amostra de sangue para estudo posterior. Ao alterar o tamanho das partículas, os cientistas podem "ajustar" as nanopartículas para se comportarem de maneiras específicas - fluorescência de cores variadas para fins de imagem, por exemplo, ou agarrar e liberar células cancerosas para estudo. Alguns podem ser projetados para absorver a energia da luz para alimentar minúsculas vibrações acústicas que sinalizam a presença de um tumor ou para liberar calor para matar as células de dentro.

p Os pesquisadores também capitalizam a vasta área de superfície das partículas, revesti-los com anticorpos ou proteínas que abrigam as células cancerosas, ou com moléculas de sinalização que são liberadas às dezenas de milhares quando uma célula cancerosa é localizada.

p Gambhir acredita que a nanotecnologia será particularmente útil no diagnóstico e tratamento precoce. "Não é que nossas terapias sejam ruins - é que as aplicamos tarde demais, "Disse ele." A nanotecnologia tem o potencial de detectar e até matar células cancerosas precoces, presentes na casa das centenas ou milhares, contra os bilhões já presentes em tumores diagnosticáveis ​​atualmente. "

p Ele e seus colegas imaginam um dia em um futuro não muito distante, quando nanosensores implantados em nossos corpos, ou mesmo em eletrodomésticos como o banheiro, pode nos alertar sobre os primeiros sinais de problemas - muitas vezes sem nossa participação consciente. Ele compara a abordagem à de pilotar um avião a jato.

p "O motor de um avião é constantemente monitorado, e as informações são enviadas para um portal global para diagnosticar problemas em tempo real, "disse ele." Estamos perdendo isso no sistema de saúde hoje. "

p Mas talvez não por muito tempo.

p 'Engolindo o médico'

p O conceito de minions médicos em miniatura não é novo. Em 1959, notável físico Richard Feynman, PhD, discutiu a possibilidade de "engolir o médico" em palestra no California Institute of Technology, e pesquisadores britânicos perceberam pela primeira vez o potencial dos lipossomas para entrega de drogas em 1961. Essas esferas podem ser projetadas para conter drogas solúveis em água em seu interior, ao mesmo tempo que se esquiva da hidrofobia, ou insolúvel, drogas em sua membrana gordurosa. Uma engenharia cuidadosa pode resultar em estruturas baseadas em lipossomas que fornecem vários medicamentos em proporções precisas e em níveis elevados, sem as toxicidades que podem ocorrer ao fornecer os medicamentos sem essas estruturas. Eles se acumulam naturalmente no tecido tumoral, ou pode ser direcionado para tipos específicos de células pela adição de anticorpos ou outras moléculas à sua superfície.

p The technique was first approved by the U.S. Food and Drug Administration in 1995 to deliver the chemotherapy drug doxorubicin to patients with AIDS-related Kaposi's sarcoma. There are now more than a dozen liposomally packaged drugs on the marketplace, and researchers have begun to explore ways to use other types of nanoparticles to deliver not just drugs, but also small RNA molecules to block the expression of specific genes, or a payload of radioactivity to kill the cell.

p "From a practical perspective, nano-based techniques aren't the wave of the future. This is the now, " said Heather Wakelee, MD, an associate professor of medicine at Stanford who focuses on the treatment of lung cancer patients. "And it's changing how we treat patients in the clinic."

p Nanosensing technology

p Researchers are working on technology for use outside the bodyto identify and characterize tumor cells present at minuscule levels in all manner of bodily fluids—tracking the course of a known disease or even pinpointing its inception long before symptoms arise.

p Wakelee has worked with center co-director Wang to design a kind of "magnetic sifter" that quickly sorts cancer cells from normal blood, based on magnetic nanotags engineered to coat the cancer cells' surface. A key component of the technique is the ability to swiftly release the bound, living cells for further study. Another approach, also launched in Wang's lab, involves a magneto-nanosensor—a silicon-based chip smaller than a dime that can detect and quantify magnetic nanotags on cancer cells or cancer-associated DNA or protein molecules based on changes in the chip's external magnetic field.

p This approach is being tested in clinical trials by MagArray, a company based in Milpitas, Califórnia, for its ability to detect multiple lung and prostate cancer biomarkers in patients' blood. Like other nanotechnology, it is exquisitely sensitive.

p 'Toward a simple blood draw'

p These techniques may allow researchers to not just count the circulating tumor cells in a patient, but also to sequence cells' genomes or assess the levels of expression of cancer-associated proteins on their surfaces. Wakelee is also working with colleagues to develop ways to capture and sequence tumor DNA that circulates freely in the blood of cancer patients.

p "We're looking for specific gene mutations that could change therapy, " she said. "In this way, we're moving away from invasive biopsies for our patients and toward a simple blood draw to learn more about an individual's specific cancer."

p Gambhir is working to design gold and silica nanoparticles for use inside the body to detect colon cancer. The particles, which would be swallowed as pills, coat pockets of tumor cells that would normally be invisible during a colonoscopy, and can be visualized with a special endoscope designed by the team. The technique is under review by the FDA.

p "Cancer is a very difficult disease to treat, and it's also difficult to diagnose early, " said Piotr Grodzinski, PhD, who directs the NCI's nanotechnology for cancer programs. "The alliance was created to bring together engineers and materials scientists, por exemplo, with biologists and oncologists to understand, primeiro, how nanoparticles interact with biological systems and, segundo, how they interact with cancer cells and what they can do to the tumor."

p "Stanford, in the heart of Silicon Valley, is a unique place for this kind of technology to develop, " said Gambhir. "The collaborative atmosphere brings together people to solve specific problems in cancer diagnosis and detection."

p The crew on the Proteus managed to band together to save the defector—in the nick of time, of course—escaping through a tear duct after destroying the blood clot in his brain just before ballooning back to normal size. Nanomedicine for future patients will likely be less fraught with urgency, but the outcome will be more important. After all, the patient could be you.