Inaladores à base de esteróides fornecem medicamentos que salvam vidas para milhões de pessoas que sofrem de asma, proporcionando alívio e a capacidade de simplesmente respirar. Infelizmente, inaladores não funcionam para todos os pacientes, e com o aumento das taxas de uma doença que leva a centenas de milhares de mortes em todo o mundo a cada ano, são necessários novos tratamentos e estratégias para a asma.

Uma equipe de pesquisadores da UConn - incluindo a Professora Assistente de Química na Faculdade de Artes e Ciências Liberais Jessica Rouge e a Professora Associada de Patobiologia na Faculdade de Agricultura, Saúde, e Recursos Naturais Steven Szczepanek - estão colaborando para desenvolver novas terapêuticas para asma usando nanocápsulas silenciadoras de genes em uma tentativa de ajudar os pacientes que não estão se beneficiando dos tratamentos existentes. Sua pesquisa foi publicada em ACS Nano .

“Ao tratar asma, muitas pessoas pensam em medicamentos antiinflamatórios de pequenas moléculas como o caminho a percorrer, mas há muitos pacientes com asma que não respondem aos corticosteroides, "diz Rouge." Há uma necessidade não atendida de criar diferentes terapêuticas que podem suprimir a asma para este grupo de pessoas. "

Grupo de pesquisa de Rouge, incluindo co-autores Ph.D. estudante Shraddha Sawant e Alyssa Hartmann '20 Ph.D., projeta nanomateriais e terapêuticas direcionadas que entregam mensagens de silenciamento de genes às células. Este artigo detalha uma nanocápsula de ácido nucleico (NAN) projetada para entregar seletivamente uma enzima, chamado DNAzyme, para silenciar um componente da resposta imunológica, chamado GATA-3, isso leva à superexpressão de componentes imunológicos que desempenham um papel significativo em ataques de asma alérgica.

Szczepanek explica que existem diferentes tipos de asma, e esta tecnologia foi projetada para tratar a asma alérgica especificamente, o que constitui cerca de 50% dos casos em adultos e 90% em crianças. Os tratamentos baseados em GATA-3 já se mostram promissores em ensaios clínicos, e Rouge diz que ao emparelhar a sequência com a nanotecnologia, eles esperam fornecer meios mais eficientes de entrega e tratamento direto para a fonte da inflamação.

"Ao usar nanomateriais, tentamos administrar a terapia de uma forma que nos permita usar menos materiais para obter um efeito maior, "Rouge diz.

Seu sistema é baseado em surfactantes que se montam em micelas, semelhantes a pequenas bolhas, e ocorre em um processo gradual, resultando em cada um tendo cerca de 60 nanômetros de tamanho.

"Primeiro, sintetizamos algo chamado surfactante, é muito parecido com sabão e essencialmente forma uma bolha em nanoescala. Em seguida, modificamos a química da superfície dessa bolha para que ela possa se conjugar ou se conectar ao DNA. O próximo passo, e o que é único em nosso laboratório, é usarmos enzimas para construir a próxima peça para anexar a sequência de DNA que essencialmente cliva o mRNA que codifica GATA-3, "Rouge diz.

As nanocaspules foram então caracterizadas e verificadas se poderiam clivar as linhas de células alvo de ácido nucleico in vitro e os resultados foram promissores.

"Nós mostramos que essas sequências de silenciamento de genes foram efetivamente entregues usando nossa formulação e vimos que elas derrubaram o gene alvo de interesse. Esse foi um primeiro passo empolgante, "diz Rouge.

Rouge trouxe os dados para Szczepanek para ver se seu grupo de pesquisa, incluindo co-autores e alunos de pós-graduação Tyler Gavitt '21 Ph.D. e Arlind Mara '21 Ph.D., que estudam patógenos respiratórios e patologia de doenças, estaria interessado em colaborar nas próximas etapas da pesquisa para ver como a tecnologia funciona in vivo e se ela pode ser de relevância clínica.

Tendo estudado asma como parte de sua pesquisa de pós-doutorado, e com seu laboratório equipado para dar os próximos passos, Szczepanek diz que a colaboração foi um ajuste natural.

"Achei que essa tecnologia de silenciamento de genes fosse uma aplicação fantástica para um tratamento para asma."

Os pesquisadores testaram a eficácia do GATA-3 DNAzyme-NAN em um modelo de camundongo com asma alérgica sensível aos ácaros do pó doméstico. Os resultados mostraram que os pulmões de camundongos tratados com os NANs tiveram menos dano inflamatório em comparação com o grupo de controle não tratado. O tratamento também reduziu a presença de células imunes inflamatórias, chamados eosinófilos, que contribuem para a obstrução das vias aéreas (ver barra lateral).

"Não apenas vimos uma redução substancial dos fenótipos de asma em nosso modelo de camundongo, mas testamos o GATA-3 DNAzyme-NANs em glóbulos brancos humanos e observamos a captação das nanopartículas e o knock-down da expressão do gene de interesse. Essa combinação de dados me deixa muito esperançoso quanto ao potencial translacional das nanopartículas para a saúde humana, "diz Szczepanek.

Rouge aponta outro detalhe importante:"De um modo geral, ao colocar nanopartículas em nossos pulmões, você pode pensar que eles podem causar inflamação. Contudo, ficamos muito entusiasmados com as doses que usamos, o nanocarreador sozinho não causou inflamação. "

"Eu acredito que nosso nanoconstruto único é uma grande promessa no campo da entrega de oligonucleotídeos, "disse Sawant." Estou feliz por fazer parte desta pesquisa colaborativa, pois marca o início do desenvolvimento do NAN como um nanocarreador in vivo eficaz. "

Rouge diz que o próximo passo é conseguir financiamento do NIH para continuar a pesquisa:"Queremos descobrir, Para onde vão essas nanocápsulas? Precisamos fazer um estudo de biodistribuição e outras próximas etapas lógicas, como farmacocinética e determinar quanto tempo essas terapêuticas duram em um organismo. "

Os pesquisadores recentemente receberam uma patente para a formulação de nanocápsulas, e eles esperam comercializá-lo. Szczepanek explica que a equipe prevê que, eventualmente, a tecnologia pode ser entregue ao paciente por meio de um inalador, como os medicamentos atuais para asma são e, dependendo exatamente de como é formulado, que pode ter como alvo a inflamação ativa ou atuar como uma medida profilática. Rouge acrescenta que essa tecnologia tem potencial para ser personalizável.

"O tema principal é que pessoas diferentes respondem de maneiras diferentes às doenças em geral, portanto, há potencial para medicina personalizada. Estamos buscando uma mudança de paradigma porque se você conhece a genética de alguém em termos de intensidade ou superexpressão de um determinado gene ou se ele é regulado positivamente, poderíamos tratá-lo ou, pelo menos, deprimi-lo. "

O que causa um ataque de asma?

Szczepanek explica que a asma alérgica ocorre quando o sistema imunológico se torna sensível a algo onipresente e geralmente inofensivo no meio ambiente, como ácaros do pó doméstico.

"A sensibilização empurra o componente de memória de nossas células T para o que é chamado de fenótipo Th2. As células T são parte do nosso sistema imunológico adaptativo que 'lembra' a exposição anterior a um estímulo contra o qual tivemos que montar uma resposta imunológica. bactérias e vírus, O que é uma boa coisa, já que queremos nos lembrar de patógenos como a gripe, por exemplo. Mas não é bom quando você está montando uma resposta imunológica contra a poeira que está no ar o tempo todo, porque pode levar a alguns efeitos colaterais bastante graves. "

Os resultados e a gravidade variam de pessoa para pessoa, Szczepanek diz.

"Vemos a inflamação das vias aéreas resultante de mais células do sistema imunológico abrindo caminho para os espaços aéreos, e isso vai tornar as vias aéreas menores. Essas células ativam células caliciformes nas vias aéreas, que são células que produzem muco e quando você hiperativamos essas células caliciformes, você obtém toneladas de muco indo para as vias aéreas que já estão inflamadas e, portanto, constritivas. Isso cria cada vez mais problemas e reduz a capacidade de um asmático respirar durante um ataque de asma. E então, por último, você também tem broncoconstrição, que acontece quando a camada de músculo liso em torno dos bronquíolos dos pulmões se contrai. É um problema significativo de saúde pública porque uma grande parte da população é suscetível a desenvolver asma. "