Usando pequenos fragmentos de DNA como "códigos de barras, "Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica para rastrear rapidamente a capacidade das nanopartículas de entregar seletivamente genes terapêuticos a órgãos específicos do corpo. A técnica pode acelerar o desenvolvimento e o uso de terapias genéticas para assassinos como doenças cardíacas, câncer e doença de Parkinson.

Terapias genéticas, como aqueles feitos de DNA ou RNA, são difíceis de entregar nas células certas do corpo. Nos últimos 20 anos, os cientistas vêm desenvolvendo nanopartículas feitas de uma ampla gama de materiais e adicionando compostos como o colesterol para ajudar a transportar esses agentes terapêuticos para as células. Mas o rápido desenvolvimento de transportadores de nanopartículas encontrou um grande gargalo:as nanopartículas precisam ser testadas, primeiro em cultura de células, antes que um número muito pequeno de nanopartículas seja testado em animais. Com milhões de combinações possíveis, identificar a nanopartícula ideal para atingir cada órgão foi altamente ineficiente.

Usando fitas de DNA com apenas 58 nucleotídeos de comprimento, pesquisadores da Universidade da Flórida, O Instituto de Tecnologia da Geórgia e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts desenvolveram uma nova técnica de teste que ignora completamente o teste de cultura de células - e pode permitir que centenas de tipos diferentes de nanopartículas sejam testados simultaneamente em apenas um punhado de animais.

A pesquisa original foi feita nos laboratórios de Robert Langer, o professor do Instituto David H. Koch, e Daniel Anderson, o Samuel A. Goldsmith Professor de Biologia Aplicada, no MIT. Apoiado pelo National Institutes of Health, a pesquisa foi relatada em 6 de fevereiro no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Queremos entender em um nível muito alto quais fatores que afetam a entrega de nanopartículas são importantes, "disse James Dahlman, professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter da Georgia Tech and Emory University, um dos ex-alunos de pós-graduação de Langer, autor principal do estudo, e um dos autores correspondentes do artigo. "Esta nova técnica não só nos permite entender quais fatores são importantes, mas também como os fatores da doença afetam o processo. "

Para preparar nanopartículas para teste, os pesquisadores inserem um fragmento de DNA que é atribuído a cada tipo de nanopartícula. As nanopartículas são então injetadas em camundongos, cujos órgãos são então examinados quanto à presença de códigos de barras. Usando as mesmas tecnologias que os cientistas usam para sequenciar o genoma, muitas nanopartículas podem ser testadas simultaneamente, cada um identificado por seu código de barras de DNA exclusivo.

Os pesquisadores estão interessados ​​não apenas em quais nanopartículas fornecem a terapêutica mais eficaz, mas também que pode entregá-los seletivamente a órgãos específicos. Terapêutica direcionada a tumores, por exemplo, deve ser administrado apenas ao tumor e não aos tecidos circundantes. Da mesma forma, a terapêutica para doenças cardíacas deve se acumular seletivamente no coração.

Embora grande parte do estudo tenha sido dedicado a demonstrar estratégias de controle, os pesquisadores testaram como 30 partículas diferentes foram distribuídas em oito tecidos diferentes de um modelo animal. Este 'mapa de calor' de direcionamento de nanopartículas mostrou que algumas partículas não foram absorvidas, enquanto outros entraram em múltiplos órgãos. O teste incluiu nanopartículas previamente mostradas para a seletividade entrar nos pulmões e no fígado, e os resultados da nova técnica eram consistentes com o que já se sabia sobre essas nanopartículas.

As sequências de código de barras de DNA de fita simples têm aproximadamente o mesmo tamanho que os oligonucleotídeos antisense, microRNA e siRNA sendo desenvolvidos para possíveis usos terapêuticos. Outras terapêuticas baseadas em genes são maiores, e pesquisas adicionais seriam necessárias para determinar se a técnica poderia ser usada com eles. Na pesquisa relatada esta semana, as nanopartículas não foram usadas para entregar a terapêutica ativa, embora isso seja um próximo passo de curto prazo.

"Em trabalhos futuros, esperamos fazer mil partículas e, em vez de avaliá-las três de cada vez, esperamos testar algumas centenas simultaneamente, "Disse Dahlman." Nanopartículas podem ser muito complicadas porque para cada biomaterial disponível, você poderia fazer várias centenas de nanopartículas de diferentes tamanhos e com diferentes componentes adicionados. "

Uma vez que nanopartículas promissoras são identificadas com a triagem, eles seriam submetidos a testes adicionais para verificar sua capacidade de administrar a terapêutica. Além de acelerar a triagem, a nova técnica pode exigir menos animais - talvez não mais do que três para cada conjunto de nanopartículas testadas.

Existem algumas ressalvas com a técnica. Para evitar a possibilidade de fusão de nanopartículas, apenas estruturas que são estáveis ​​em ambientes aquosos podem ser testadas. Apenas nanopartículas não tóxicas podem ser rastreadas, e os pesquisadores devem controlar a inflamação potencial gerada pelo DNA inserido.

No laboratório de Langer e Anderson, Dahlman trabalhou com Kevin Kauffman, que permanece no MIT, e Eric Wang, agora é professor assistente da Universidade da Flórida. Outros co-autores do artigo incluem Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir e Chloe Dlott, todos eles estão no MIT.

"As terapias com ácido nucleico são uma promessa considerável para o tratamento de uma série de doenças graves, "disse Dahlman." Esperamos que esta técnica seja amplamente utilizada no campo, e que, em última análise, trará mais clareza sobre como essas drogas afetam as células - e como podemos levá-las aos locais certos no corpo. "