p O químico de materiais do Sandia National Laboratories, Dale Huber, tem trabalhado no desafio de fazer nanopartículas à base de ferro do mesmo tamanho há 15 anos. p Agora, ele e seus colaboradores de longa data na Imagion Biosystems usarão essas nanopartículas magnéticas para seu primeiro ensaio clínico de câncer de mama ainda este ano. As nanopartículas aderem às células do câncer de mama, permitindo a detecção e remoção de até mesmo pequenas metástases.

p A Imagion Biosystems e a Huber trabalham juntas na síntese de nanopartículas desde a inauguração do Centro de Nanotecnologias Integradas em 2006.

p "Ter acesso ao pool de talentos da CINT com especialistas como Dale Huber tem sido útil, "disse Bob Proulx, CEO da Imagion Biosystems. "Além disso, o fato de a CINT ter um programa de usuário que permite à indústria acessar as instalações e equipamentos que, de outra forma, seria muito caro para uma pequena empresa como a nossa era valiosa. O trabalho inicial que fizemos com o CINT para desenvolver um método para dar controle preciso sobre o tamanho da nanopartícula foi a chave para nossa tecnologia de relaxometria magnética MagSense para a detecção de câncer. "

p CINT é uma instalação de usuário operada em conjunto pelo Laboratório Nacional de Sandia e Los Alamos para o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA. O CINT oferece acesso gratuito a equipamentos de última geração e cientistas líderes mundiais para pesquisadores de nanociência na academia e na indústria, desde que publiquem os resultados em revistas científicas.

p As nanopartículas magnéticas são revestidas com anticorpos contra o câncer, que se prendem especificamente às células cancerosas. Um minúsculo pulso magnético - mais ou menos a força de um ímã de geladeira e centenas de vezes mais fraco do que aquele produzido por uma máquina de ressonância magnética - pode sentir a diferença entre as nanopartículas presas às células cancerosas e aquelas que estão flutuando livremente, permitindo a detecção de metástases muito pequenas.

p Síntese de precisão de nanopartículas magnéticas

p Contudo, para que o método de detecção de câncer da Imagion Biosystems funcione, todas as nanopartículas devem ter quase exatamente o mesmo tamanho.

p "Uma variação de 2 por cento é a diferença entre perfeito e quase inútil, "disse Huber. Ele acrescentou rindo, "Foi uma revelação para mim e se eu soubesse disso no início, Posso não ter aceitado o desafio. "

p Erika Vreeland, que trabalhou com Huber durante sua tese de doutorado para desenvolver síntese reproduzível e foi contratada pela Imagion Biosystems para ser sua cientista-chefe de nanopartículas depois de se formar, disse:"Eliminamos toda a feitiçaria da reação."

p O método padrão para fazer nanopartículas de ferro é combinar os ingredientes e aquecer a mistura a cerca de 650 graus Fahrenheit. A rapidez com que o calor aumenta determina o tamanho das nanopartículas, disse Huber. Contudo, assim como seu forno em casa, ele ultrapassará a temperatura crítica e, em seguida, esfriará até que se estabilize. O quanto a temperatura ultrapassa essa temperatura crítica também afeta o tamanho, produzindo nanopartículas mais de 15 por cento maiores ou menores.

p Em vez de, Vreeland e Huber desenvolveram um método em que lentamente adicionam os ingredientes a um banho de metal fundido cuja temperatura varia menos de meio grau. Isso produz nanopartículas com menos de 2 por cento de variação de tamanho. Huber disse, "Não é a maneira mais fácil de fazer partículas, mas é por isso que eles são muito melhores. "

p A equipe não só descobriu um método altamente reproduzível para fazer as partículas minúsculas, eles também transferiram o processo duas vezes - uma para Imagion e uma vez para ChemConnection, um fabricante de nanopartículas na Holanda que pode fabricar as nanopartículas de acordo com os regulamentos estritos da Food and Drug Administration dos EUA e da União Europeia, necessários para uso em ensaios clínicos com pacientes.

p "A síntese foi transferida para o laboratório na Holanda, mantendo o controle de tamanho, "disse Huber." Isso é enorme. Tudo muda, até mesmo os pontos de ebulição, porque a Holanda está basicamente ao nível do mar. "

p Ensaio clínico para detectar a disseminação do câncer de mama neste outono

p Depois que ChemConnection faz vários lotes, A Imagion Biosystems realizará alguns testes pré-clínicos para verificar se as partículas não são tóxicas. Então, a ChemConnection fará um pequeno lote de produção de nanopartículas - comparável a meia colher de chá de açúcar - para os testes clínicos de câncer de mama da Imagion Biosystems.

p "Como as nanopartículas são uniformes e têm excelentes propriedades magnéticas, não precisamos de muito. Esperamos que um paciente receba no máximo 1 miligrama de partículas, "disse Vreeland.

p Todos os pacientes para o primeiro ensaio clínico serão selecionados porque o regime de tratamento de seus oncologistas inclui a remoção de linfonodos e biópsia. Antes de cada paciente ter vários nódulos linfáticos removidos cirurgicamente, as nanopartículas magnéticas, revestido nos anticorpos específicos do câncer de mama, será injetado no local dos tumores conhecidos. Após a remoção, mas antes da biópsia, O sistema de detecção da Imagion Biosystems examinará os nódulos linfáticos removidos para procurar a propagação do câncer.

p Vreeland disse que espera que o método da Imagion Biosystems seja tão preciso quanto um patologista, com o objetivo final de usar este método primeiro para procurar o câncer e eliminar a necessidade de remover os nódulos linfáticos livres do câncer.

p "Nossa aspiração nº 1 é ver as nanopartículas chegarem ao uso clínico regular com nossa tecnologia de detecção de câncer MagSense. Além disso, acreditamos que as nanopartículas podem ser instrumentais em uma ampla variedade de aplicações biomédicas, incluindo usos no tratamento de câncer ou outras doenças, "disse Proulx.

p Colaboração contínua para caracterizar nanopartículas e resolver problemas

p CINT e Imagion Biosystems continuaram a colaboração além do esforço para produzir nanopartículas magnéticas de tamanhos idênticos. Vreeland disse, "Ainda nos deparamos com todos os tipos de problemas o tempo todo, então poder falar com Dale ou outros cientistas sobre alguns dos desafios que enfrentamos é realmente inestimável."

p O bioengenheiro da Sandia, George Bachand, auxiliou nos primeiros estudos de toxicologia e direcionamento de células. O pesquisador da Sandia, John Reno, ajudou a caracterizar o tamanho e a forma das nanopartículas, usando espalhamento de raios-X de pequeno ângulo.

p O espalhamento de raios-X a pequeno ângulo é um método para determinar o tamanho e a distribuição de tamanhos de materiais em nanoescala. "Com o instrumento de espalhamento de raios-X do CINT, podemos descobrir exatamente o tamanho das partículas em 15 minutos. Sete ou oito anos atrás, levaria uma semana para descobrir a mesma coisa usando microscopia eletrônica, "disse Huber.

p Essa medição de tamanho quase em tempo real permitiu a Vreeland prever como a reação terminaria e validar que eles estavam no caminho certo, ela disse. A equipe usou outros instrumentos CINT para caracterizar a força magnética e os revestimentos das nanopartículas.

p Além de acessar os especialistas e equipamentos CINT por meio de seu programa de usuário, a parceria com a Imagion Biosystems foi apoiada por vários subsídios do Programa de Assistência a Pequenas Empresas do Novo México, que pode apoiar pesquisas proprietárias.

p A equipe publicou vários artigos da colaboração, incluindo um em Química de Materiais em 2015.