Os pesquisadores do MIT desenvolveram nanosensores que podem traçar o perfil de tumores e fornecer informações sobre como eles responderão a certas terapias. O sistema é baseado em níveis de enzimas chamadas proteases, que as células cancerosas usam para remodelar seus arredores.

Uma vez adaptado para humanos, este tipo de sensor pode ser usado para determinar o quão agressivo é um tumor e ajudar os médicos a escolher o melhor tratamento, diz Sangeeta Bhatia, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências da Saúde e Tecnologia e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT.

"Esta abordagem é empolgante porque as pessoas estão desenvolvendo terapias que são ativadas por protease, "O ideal é ser capaz de estratificar os pacientes com base em sua atividade de protease e identificar quais seriam bons candidatos para essas terapias", diz Bhatia.

Uma vez injetado no local do tumor, os nanossensores são ativados por um campo magnético inofensivo para o tecido saudável. Depois de interagir e ser modificado pelas proteínas tumorais alvo, os sensores são secretados na urina, onde podem ser facilmente detectados em menos de uma hora.

Bhatia e Polina Anikeeva, a classe de 1942 Professor Associado de Ciência e Engenharia de Materiais, são os autores seniores do artigo, que aparece no jornal Nano Letras . Os principais autores do artigo são Simone Schurle, pós-doutoranda do Koch Institute, e o estudante de graduação Jaideep Dudani.

Calor e liberação

Tumores, especialmente os agressivos, frequentemente apresentam níveis elevados de protease. Essas enzimas ajudam os tumores a se espalharem pela clivagem das proteínas que compõem a matriz extracelular, que normalmente envolve as células e as mantém no lugar.

Em 2014, Bhatia e colegas relataram o uso de nanopartículas que interagem com um tipo de protease conhecido como metaloproteinases de matriz (MMPs) para diagnosticar o câncer. Nesse estudo, os pesquisadores entregaram nanopartículas contendo peptídeos, ou pequenos fragmentos de proteína, projetado para ser clivado pelos MMPs. Se MMPs estivessem presentes, centenas de peptídeos clivados seriam excretados na urina, onde eles poderiam ser detectados com um teste de papel simples semelhante a um teste de gravidez.

No novo estudo, os pesquisadores queriam adaptar os sensores para que pudessem relatar as características dos tumores em um local conhecido. Fazer isso, eles precisavam garantir que os sensores estivessem apenas produzindo um sinal do órgão alvo, não afetado por sinais de fundo que podem ser produzidos na corrente sanguínea. Eles primeiro projetaram sensores que podiam ser ativados com luz assim que atingissem seu alvo. Isso exigia o uso de luz ultravioleta, Contudo, que não penetra muito no tecido.

"Começamos a pensar sobre os tipos de energia que poderíamos usar para penetrar ainda mais no corpo, "diz Bhatia, que também é membro do Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT.

Para conseguir isso, Bhatia se juntou a Anikeeva, que se especializou no uso de campos magnéticos para ativar materiais remotamente. Os pesquisadores decidiram encapsular as nanopartículas sensíveis à protease de Bhatia junto com partículas magnéticas que aquecem quando expostas a um campo magnético alternado. O campo é produzido por uma pequena bobina magnética que muda a polaridade cerca de meio milhão de vezes por segundo.

O material sensível ao calor que encapsula as partículas se desintegra à medida que as partículas magnéticas aquecem, permitindo que os sensores de protease sejam liberados. Contudo, as partículas não produzem calor suficiente para danificar o tecido próximo.

"Tem sido um desafio examinar as atividades de protease específicas do tumor em biofluidos de pacientes porque essas proteases também estão presentes no sangue e em outros órgãos, "diz Ji Ho (Joe) Park, professor associado de bio e engenharia cerebral no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia.

"A força deste trabalho são os nanossensores de protease magnetotermicamente responsivos com controlabilidade espaço-temporal, "diz Park, que não participou da pesquisa. "Com esses nanosensores, os pesquisadores do MIT puderam testar as atividades de protease mais envolvidas na progressão do tumor, reduzindo significativamente a ativação fora do alvo. "

Escolha de tratamentos

Em um estudo com ratos, os pesquisadores mostraram que poderiam usar essas partículas para traçar o perfil correto de diferentes tipos de tumores de cólon com base na quantidade de protease que eles produzem.

Tratamentos de câncer baseados em proteases, agora em ensaios clínicos, consistem em anticorpos que têm como alvo uma proteína tumoral, mas têm "véus" que os impedem de serem ativados antes de chegarem ao tumor. Os véus são cortados por proteases, portanto, essa terapia seria mais eficaz para pacientes com altos níveis de protease.

A equipe do MIT também está explorando o uso desse tipo de sensor para obter imagens de lesões cancerosas que se espalham para o fígado a partir de outros órgãos. A remoção cirúrgica dessas lesões funciona melhor se houver menos de quatro, portanto, medi-los pode ajudar os médicos a escolher o melhor tratamento.

Bhatia diz que este tipo de sensor também pode ser adaptado a outros tumores, porque o campo magnético pode penetrar profundamente no corpo. Essa abordagem também pode ser expandida para fazer diagnósticos com base na detecção de outros tipos de enzimas, incluindo aqueles que cortam as cadeias de açúcar ou lipídios.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.