Os cientistas da UCLA desenvolveram um novo método que utiliza estruturas semelhantes a lascas microscópicas, chamadas de "nanopears", para a entrega direcionada de biomoléculas, como genes, direto às células dos pacientes. Essas nanoestruturas guiadas magneticamente podem permitir terapias genéticas mais seguras, mais rápido e mais econômico.

A pesquisa foi publicada na revista ACS Nano pelo autor sênior Paul Weiss, Cadeira presidencial da UC e distinto professor de química e bioquímica, ciência e engenharia de materiais, e membro do Centro de Medicina Regenerativa e Pesquisa de Células Tronco Eli e Edythe Broad da UCLA.

Terapia de genes, o processo de adicionar ou substituir genes ausentes ou defeituosos nas células do paciente, tem se mostrado uma grande promessa como tratamento para uma série de doenças, incluindo hemofilia, distrofia muscular, deficiências imunológicas e certos tipos de câncer.

As abordagens atuais de terapia genética dependem de vírus modificados, campos elétricos externos ou produtos químicos agressivos para penetrar nas membranas celulares e entregar genes diretamente às células dos pacientes. Cada um desses métodos tem suas próprias deficiências; eles podem ser caros, ineficiente ou causar estresse indesejável e toxicidade às células.

Para superar essas barreiras, Weiss e Dr. Steven Jonas, um pesquisador clínico no Programa de Treinamento do Centro de Pesquisa em Células-Tronco da UCLA, liderou uma equipe de pesquisa que projetou nanoparas compostas de silício, níquel e ouro. Estas nanovenas são biodegradáveis, podem ser produzidos em massa de forma barata e eficiente, e, por causa de seu tamanho infinitesimal - suas dicas são cerca de 5, 000 vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano - eles podem fornecer informações genéticas com impacto mínimo na viabilidade e metabolismo celular.

Jonas comparou o método de entrega de biomolécula de ponta aos métodos de entrega do mundo real que aparecem no horizonte.

"Assim como ouvimos sobre o desejo da Amazon de entregar pacotes direto para sua casa com drones, estamos trabalhando em uma escala equivalente em nanoescala para entregar pacotes importantes de cuidados de saúde direto para suas células, "explicou Jonas, que está treinando na divisão de hematologia / oncologia pediátrica no Hospital Infantil da UCLA Mattel. No futuro próximo, Jonas espera aplicar nanotecnologias para implantar terapias celulares e genéticas de forma rápida e ampla para os pacientes pediátricos com câncer que ele trata.

A construção das nanoparas foi inspirada no trabalho de seus colaboradores, Hsian-Rong Tseng, professor de farmacologia molecular e médica, e Xiaobin Xu, um pós-doutorado no grupo de pesquisa interdisciplinar de Weiss. Tseng e Xu são co-autores do estudo.

"Com base no trabalho de nanofabricação da Xiaobin, sabíamos como fazer nanoestruturas de diferentes formatos em grandes números usando estratégias de fabricação simples, "disse Weiss, que também é membro do California NanoSystems Institute. "Assim que tivermos isso em mãos, percebemos que poderíamos fazer estruturas precisas que seriam valiosas em terapias genéticas. "

Weiss e Jonas não são os primeiros a conceber o uso de nanoestruturas guiadas ou "nanomotores" robóticos para aprimorar as terapias genéticas, no entanto, os métodos existentes têm precisão limitada e requerem produtos químicos potencialmente tóxicos para impulsionar as estruturas até seus alvos.

Ao revestir suas nanoparas com níquel, Weiss e Jonas eliminaram a necessidade de propelentes químicos. Um ímã pode ser mantido perto de uma placa de laboratório contendo células para manipular a direção, posição e rotação de uma ou várias nanovanais. No futuro, Weiss e Jonas imaginam que um campo magnético poderia ser aplicado fora do corpo humano para guiar as nanoparas remotamente dentro do corpo para tratar doenças genéticas.

Weiss e Jonas testaram suas nanoparas como veículos para um gene que faz com que as células produzam uma proteína verde fluorescente. Cerca de 80 por cento das células-alvo exibiram um brilho verde brilhante, e 90 por cento dessas células sobreviveram. Ambos os números representam uma melhoria significativa nas estratégias de entrega existentes.

Muito parecido com a terapia genética, muitas formas de imunoterapia - um processo no qual células imunológicas específicas do paciente são geneticamente modificadas para reconhecer e atacar células cancerosas - dependem de métodos de processamento caros ou demorados.

"A maior barreira agora para obter uma terapia genética ou imunoterapia para os pacientes é o tempo de processamento, "Jonas disse." Novos métodos para gerar essas terapias mais rapidamente, de forma eficaz e segura aceleraremos a inovação nesta área de pesquisa e levaremos essas terapias aos pacientes mais cedo, e esse é o objetivo que todos nós temos. "

Weiss e Jonas têm colaborado com os pesquisadores da UCLA para otimizar a aplicação de estratégias de terapia gênica que estão em desenvolvimento há muito tempo.

"Uma das coisas incríveis de trabalhar na UCLA é que, para cada uma das doenças-alvo, colaboramos com os principais médicos que já têm terapias genéticas em desenvolvimento, "Weiss disse." Eles têm a carga de edição de genes, células modelo, modelos animais e células de pacientes no local para que possamos otimizar nossos nanossistemas em métodos que estão no caminho para a clínica. "