Nanoengenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram nanopartículas que imitam células do sistema imunológico que visam a inflamação nos pulmões e distribuem medicamentos diretamente onde são necessários. Como prova de conceito, os pesquisadores encheram as nanopartículas com a droga dexametasona e as administraram a camundongos com tecido pulmonar inflamado. A inflamação foi completamente tratada em camundongos que receberam as nanopartículas, em uma concentração de droga em que os métodos de entrega padrão não tiveram qualquer eficácia.

Os pesquisadores relataram suas descobertas em Avanços da Ciência em 16 de junho.

O que é especial sobre essas nanopartículas é que elas são revestidas por uma membrana celular que foi geneticamente modificada para procurar e se ligar a células pulmonares inflamadas. Eles são os mais recentes na linha das chamadas nanopartículas revestidas de membrana celular, que foram desenvolvidas pelo laboratório do professor de nanoengenharia da UC San Diego, Liangfang Zhang. Seu laboratório já usou nanopartículas revestidas de membrana celular para absorver toxinas produzidas por MRSA; tratar sepse; e treinar o sistema imunológico para combater o câncer. Mas, embora essas membranas celulares anteriores fossem naturalmente derivadas das células do corpo, as membranas celulares usadas para revestir esta nanopartícula cheia de dexametasona não.

"Nesse artigo, usamos uma abordagem de engenharia genética para editar as proteínas de superfície nas células antes de coletar as membranas. Isso avançou significativamente nossa tecnologia, permitindo-nos superexpressar com precisão certas proteínas funcionais nas membranas ou eliminar algumas proteínas indesejáveis, "disse Zhang, quem é o autor sênior do artigo.

Joon Ho Park, um estudante de pós-graduação no laboratório de Zhang e primeiro autor do artigo, disseram que os pesquisadores notaram que quando as células endoteliais ficam inflamadas, eles superexpressam uma proteína chamada VCAM1, cujo objetivo é atrair células do sistema imunológico para o local da inflamação. Em resposta, as células imunes expressam uma proteína chamada VLA4, que procura e se liga a VCAM1.

"Projetamos membranas celulares para expressar a versão completa do VLA4 o tempo todo, "disse Park." Essas membranas superexpressam VLA4 constantemente para procurar VCAM1 e o local da inflamação. Essas membranas celulares projetadas permitem que a nanopartícula encontre os locais inflamados, e, em seguida, liberar a droga que está dentro da nanopartícula para tratar a área específica da inflamação. "

Embora a nanopartícula não aumente diretamente a eficácia da droga - a dexametasona neste caso - concentrá-la no local de interesse pode significar que uma dosagem mais baixa é necessária. Este estudo mostrou que a dexametasona acumulada no local de interesse em níveis mais elevados, e mais rápido, do que as abordagens de entrega de drogas padrão.

"Estamos entregando exatamente a mesma droga usada na clínica, mas a diferença é que estamos concentrando as drogas no ponto de interesse, "disse Park." Por ter essas nanopartículas direcionadas ao local da inflamação, isso significa que uma porção maior do medicamento vai acabar onde é necessária, e não ser eliminado pelo corpo antes que possa se acumular e ser eficaz. "

Os pesquisadores observam que esta abordagem de membrana celular geneticamente modificada é uma plataforma de tecnologia que, em teoria, pode ser usada para direcionar não apenas a inflamação em outras áreas do corpo - VCAM1 é um sinal universal de inflamação - mas também em casos de uso muito mais amplos.

"Esta é uma plataforma versátil, não apenas para inflamação pulmonar, mas qualquer tipo de inflamação que regula positivamente VCAM1, "disse Park." Esta tecnologia pode ser generalizada; esta nanopartícula revestida de membrana celular projetada não precisa superexpressar VLA4, ele pode ser trocado por outra proteína que pode atingir outras áreas do corpo ou atingir outros objetivos. "

Para projetar as membranas celulares para superexpressar a proteína VLA4, Park e a equipe começam com o empacotamento dos genes VLA4 em um vetor viral. Eles então inserem este vetor viral reprogramado em células hospedeiras cultivadas em laboratório derivadas de camundongos. As células incorporam os genes que o vetor viral carrega em seu próprio genoma e, como resultado, produzem membranas que superexpressam VLA4 constantemente.

O próximo passo dos pesquisadores é estudar o processo usando membranas celulares humanas, em vez de membranas celulares de camundongos, que são projetados para expressar a versão humana do VLA4. Ainda existem muitas etapas necessárias antes que a tecnologia possa ser testada em ensaios clínicos em humanos, mas os pesquisadores dizem que esses primeiros resultados da tecnologia de plataforma são encorajadores.

"Aproveitando as técnicas de edição de genes estabelecidas, este estudo avança as nanopartículas revestidas de membrana celular para um novo nível e abre novas oportunidades para a entrega de drogas direcionadas e outras aplicações médicas ", concluído por Zhang.