p Cientistas da Johns Hopkins Medicine relatam que criaram um pequeno, recipiente de tamanho nanométrico que pode deslizar para dentro das células e fornecer medicamentos à base de proteínas e terapias genéticas de qualquer tamanho - até mesmo os robustos ligados à ferramenta de edição de genes chamada CRISPR. Se sua criação - construída com um polímero biodegradável - passar em mais testes de laboratório, pode oferecer uma maneira de transportar com eficiência compostos médicos maiores para células-alvo especificamente selecionadas. p Um relatório sobre o trabalho deles aparece na edição de 6 de dezembro da Avanços da Ciência .

p "A maioria dos medicamentos se espalha por todo o corpo de forma indiscriminada e não tem como alvo uma célula específica, "diz o engenheiro biomédico Jordan Green, Ph.D., líder da equipe de pesquisa. "Alguns medicamentos, como anticorpos, agarrar-se a alvos nos receptores de superfície da célula, mas não temos bons sistemas para entregar medicamentos biológicos diretamente para o interior de uma célula, que é onde as terapias teriam a melhor chance de funcionar corretamente e com menos efeitos colaterais. "

p Muitos cientistas acadêmicos e comerciais há muito procuram melhores sistemas de trânsito para terapias, diz Green, professor de engenharia biomédica, oftalmologia, oncologia, neurocirurgia, ciência e engenharia de materiais, e engenharia química e biomolecular na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins, e membro do Instituto Bloomberg-Kimmel de Imunoterapia do Câncer da Johns Hopkins.

p Algumas técnicas disponíveis comercialmente usam formas simplificadas de vírus - conhecidas por sua capacidade de "infectar" células diretamente - para administrar terapias, embora as versões não infecciosas desses sistemas de entrega possam desencadear uma resposta indesejada do sistema imunológico. Outras terapias destinadas a células sanguíneas doentes, por exemplo, são mais complicados, exigindo que o sangue do paciente seja removido, em seguida, eletrocutado por uma corrente elétrica que abre os poros na membrana celular para obter entrada.

p O contêiner nanométrico que Green e sua equipe desenvolveram na Johns Hopkins toma emprestada uma ideia das propriedades dos vírus, muitos dos quais têm formato quase esférico e carregam cargas negativas e positivas. Com uma carga geral mais neutra, os vírus podem chegar perto das células. Esse não é o caso de muitos medicamentos biológicos, que consistem em altamente carregados, grandes proteínas e ácidos nucléicos que tendem a repelir as células.

p Para superar isso, o aluno de pós-graduação Yuan Rui desenvolveu um novo material polimérico biodegradável. Polímero é o termo geral para uma substância composta de muitas moléculas. Para fazer o polímero, Rui amarrados juntos - como os galhos de uma árvore - quatro moléculas componentes que, hora extra, quebrar e dissolver na água. As moléculas contêm cargas positivas e negativas.

p Com um saldo de cargas positivas e negativas, as moléculas empurram e puxam de acordo com sua carga e seus átomos de hidrogênio se ligam a uma terapia biológica nas proximidades. O resultado é uma nanoestrutura contendo a terapia biológica.

p As cargas positivas do contêiner de tamanho nanométrico interagem com a membrana de uma célula, e o recipiente é envolvido em um pacote celular denominado endossoma.

p Uma vez dentro, o contêiner nanométrico abre o endossomo, e os polímeros degradam, deixando o medicamento funcionar dentro da célula.

p Para testar sua invenção, Rui fez um nanocontêiner de uma pequena proteína e alimentou células renais de camundongos em pratos de cultura. Ela anexou uma etiqueta verde fluorescente à pequena proteína e viu salpicos verdes brilhantes na maioria das células, indicando que a proteína foi entregue com sucesso.

p Então, Rui empacotou uma proteína maior:imunoglobulina humana, uma terapia normalmente usada para fortalecer o sistema imunológico e um modelo para terapias de anticorpos. Desta vez, ela descobriu que 90% das células renais que tratou se iluminaram com a etiqueta verde fluorescente ligada à imunoglobulina.

p "Quando as nanopartículas entram em uma célula, muitas vezes são sequestrados em endossomos, que degradam seu conteúdo, mas nossos experimentos mostram que os pacotes de proteínas se espalharam uniformemente pela maioria das células e não ficaram presos nos endossomos, "diz o Rui.

p Para um desafio ainda maior, Rui criou um nanopacote contendo uma proteína baseada em CRISPR e um complexo de ácido nucléico que poderia desligar um sinal de fluorescência verde ou fazer com que as células brilhassem em vermelho quando o composto CRISPR cortasse parte do genoma de uma célula. Os pesquisadores viram que a edição de genes para desativar um gene funcionou em até 77% das células cultivadas em laboratório e para adicionar ou reparar um gene em cerca de 4% das células.

p "Isso é muito eficaz, considerando, com outros sistemas de edição de genes, você pode obter o resultado correto de corte de gene em menos de 10 por cento das vezes, ", disse Rui. As terapias baseadas no CRISPR têm o potencial de tornar os medicamentos muito mais precisos, com sua capacidade de direcionar com precisão as falhas genéticas que contribuem para a doença. Algumas terapias do CRISPR estão sendo testadas em ensaios clínicos.

p Em um experimento final, Rui e seus colegas implantaram células cancerosas cerebrais no cérebro de camundongos. Ela injetou os nanocontêineres com componentes de edição de genes diretamente no cérebro dos camundongos e analisou suas células em busca de um brilho vermelho, indicando uma edição de genes bem-sucedida. Ela encontrou células cancerosas do cérebro que brilhavam em vermelho a vários milímetros de onde ela as injetou.

p 'Quando comecei este projeto há cinco anos, os cientistas não achavam que você poderia usar algo diferente de um vírus para entregar essas terapias nas células, "diz Rui." O desenvolvimento de novas tecnologias pode ajudar-nos a compreender mais sobre as doenças, mas também mais sobre como fazer novos medicamentos. "

p Rui e Green estão tentando tornar os nanocontêineres mais estáveis ​​para que possam ser injetados na corrente sanguínea e direcionados para células com certas assinaturas genéticas.

p Os cientistas estão entrando com pedido de patentes relacionadas a este trabalho.