As nanopartículas são ativamente empregadas na medicina como agentes de contraste, bem como para diagnóstico e terapia de várias doenças. Contudo, o desenvolvimento de novos nanoagentes multifuncionais é impedido pela dificuldade de monitorar sua circulação sanguínea. Pesquisas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, o Instituto Shemyakin-Ovchinnikov de Química Bioorgânica de RAS, Instituto de Engenharia Física de Moscou, Prokhorov General Physics Institute of RAS, e a Sirius University desenvolveram um novo método não invasivo de medição de nanopartículas na corrente sanguínea que possui uma alta resolução de tempo. Esta técnica revelou os parâmetros básicos que afetam o tempo de vida das partículas na corrente sanguínea, o que pode potencialmente levar à descoberta de novos, nanoagentes mais eficazes para serem usados ​​na biomedicina. Os resultados do estudo foram publicados no Jornal de Liberação Controlada .

As aplicações clínicas de nanopartículas (NP) requerem uma análise precisa de seu comportamento in vivo, em particular, a duração que o NP permanece na corrente sanguínea. É o parâmetro que determina se há tempo suficiente para o NP se espalhar por todo o corpo, atingir seu alvo terapêutico (por exemplo, um tumor), e se ligar a ele. Alternativamente, o tempo de circulação excessivamente longo pode levar ao acúmulo das partículas em tecidos saudáveis, aumentando assim sua toxicidade lateral.

A circulação de NP na corrente sanguínea é geralmente estudada através da coleta de amostras de sangue e medição do conteúdo de nanoagentes. "O problema de tais técnicas é que as partículas muitas vezes são eliminadas da corrente sanguínea em poucos minutos, de modo que o pesquisador só pode coletar duas ou três amostras de sangue, o que é insuficiente para a análise, "comentou o estudo co-autor Maxim Nikitin, que chefia o Laboratório de Nanobiotecnologia do MIPT.

Além disso, A coleta repetida de sangue é estressante para o organismo e pode afetar indiretamente a circulação de partículas. Os novos métodos não invasivos de monitoramento da atividade das partículas in vivo são, portanto, cruciais para o desenvolvimento da nanomedicina.

Os pesquisadores usaram o método de quantificação de partículas magnéticas (MPQ) desenvolvido por eles para fazer medições não invasivas da cinética das partículas sanguíneas. Camundongos ou caudas de coelhos foram colocados na bobina de detecção do leitor MPQ, em seguida, os animais foram injetados com as nanopartículas, e a concentração de NP nas veias e artérias da cauda foi monitorada em tempo real. Esta tecnologia também pode ser usada com humanos, e. g., via mãos ou dedos colocados na bobina de detecção.

O novo método oferece uma maneira não invasiva de obter informações exclusivas sobre a cinética de partículas que também é mais simples do que as abordagens tradicionais. Ele permite uma maior exploração do que pode influenciar o comportamento das partículas na corrente sanguínea dos animais.

Os pesquisadores investigaram três grupos de fatores, incluindo as propriedades físico-químicas das partículas, as particularidades de sua administração, e o estado do corpo do animal. O NP de menor tamanho, com carga negativa, injetado em doses mais altas, permaneceu na corrente sanguínea por mais tempo. Também foi descoberto que se as partículas são injetadas no sangue repetidamente, a circulação das doses de partículas subsequentes torna-se significativamente prolongada.

"Existem casos semelhantes na prática clínica, quando um paciente é inicialmente injetado com nanopartículas de agentes de contraste de ressonância magnética (partículas magnéticas) e, em seguida, com o NP terapêutico, como lipossomas que transportam drogas. Mostramos que as partículas podem afetar umas às outras, o que pode influenciar o tratamento, "disse o autor do estudo, Ivan Zelepukin, pesquisador da Academia Russa de Ciências do Instituto de Química Bioorgânica e MIPT.

O que parecia ser um dos principais aspectos era o estado do organismo injetado com NP. Por exemplo, a circulação de partículas pode variar significativamente entre camundongos de diferentes linhagens genéticas. Notavelmente, esta diferença foi evidente apenas para pequenas partículas de 50 nanômetros, mas não para nanoagentes maiores. Além do mais, se o animal tinha um grande tumor, NP pequenos foram eliminados do sangue mais rapidamente; quanto maior era o tumor canceroso, menos tempo levava a depuração do sangue.

Os pesquisadores presumem que isso pode estar ligado a mudanças dinâmicas no sistema imunológico e sua maior capacidade de reconhecer corpos estranhos em resposta à patologia. Essas descobertas chamam a atenção para a importância de se considerar o impacto da condição do organismo sobre a eficácia das nanopartículas no projeto de nanodrogas ideais - um aspecto que tradicionalmente tem sido ignorado.

"Esta é a primeira vez que um estudo tão abrangente de NP com taxa de depuração extremamente alta foi realizado. Teria sido impossível sem a metodologia que está sendo desenvolvida no Instituto de Física Geral de RAS. A técnica MPQ combina alta sensibilidade, alta resolução de tempo, e precisão quantitativa. Além disso, é não invasivo e permite a detecção de conteúdo de NP quase em tempo real, "disse Petr Nikitin, co-autor do estudo e chefe do Laboratório de Biofotônica do Instituto de Física Geral da RAS.

“Nosso método nos permitiu detectar novos padrões de circulação e obter uma grande quantidade de informações valiosas. Por exemplo, descobrimos que os animais tinham diferentes dinâmicas de partículas, dependendo de seu estado imunológico, presença de tumores, etc. Enquanto isso, a metodologia avançada exigiu muito menos animais para o estudo. Isso é essencial não só em termos de tempo e finanças, mas também a ética do tratamento dos animais em consonância com o princípio dos 3Rs (Substituição, Redução e Refinamento). Assumimos que uma compreensão mais profunda dos mecanismos subjacentes pode facilitar consideravelmente o design racional de nanomateriais com funcionalidade de superfície avançada e farmacocinética superior para a próxima geração de diagnósticos e terapêuticas. "