Embora a raiz de açafrão tenha sido usada medicinalmente em todo o mundo há séculos, a ciência descobriu que seu principal componente químico, a curcumina, se decompõe no corpo antes que seus benefícios finais possam ser alcançados. Uma empolgante colaboração entre os pesquisadores da Carnegie Mellon University Sai Yerneni, Phil Campbell, Burak Ozdoganlar e Ezgi Yalcintas criou uma abordagem para permitir exclusivamente o uso da curcumina como um terapêutico robusto.
A curcumina é um polifenol anticancerígeno, anti-inflamatório, antioxidante e antibacteriano encontrado na cúrcuma. No entanto, sua forma isolada e pura não é estável devido à sua rápida degradação e eliminação do corpo. Isso representa um dos maiores obstáculos à sua tradução como prática terapêutica. Também serve como motivação para pesquisadores explorarem estratégias de encapsulamento para proteger a curcumina dentro do corpo humano.

Uma dessas abordagens de encapsulamento é incorporar a curcumina em exossomos. Exossomos são vesículas extracelulares nanométricas que o corpo humano usa para comunicação célula a célula, movendo proteínas, lipídios, ácidos nucléicos e metabólitos. Ao colocar a curcumina em exossomos, o produto químico é estável o suficiente para viajar por todo o corpo e alcançar seu efeito terapêutico. Embora outros pesquisadores tenham tentado usar exossomos para fornecer curcumina, a melhora na estabilidade da curcumina foi insuficiente para seu uso como terapêutico.

A albumina, uma proteína estabilizadora natural que ocorre no corpo humano, pode enfrentar esse desafio. Yerneni, pesquisador de pós-doutorado em engenharia química, e Campbell, professor pesquisador de engenharia biomédica, desenvolveram uma abordagem híbrida para alavancar as propriedades únicas de exossomos e albumina. Eles projetaram um sistema híbrido exossomo-albumina para fornecer terapias, incluindo a curcumina.

"Tentativas anteriores de carregar a curcumina em várias nanopartículas ligadas à membrana lipídica sofreram com a curcumina sendo carregada de forma não confiável ou sujeita a tempos de retenção curtos, enquanto a inclusão de albumina se liga à curcumina, mantendo-a no lúmen do exossomo, protegida da degradação, ", disse Campelo.

Embora a associação albumina-curcumina e o encapsulamento de exossomos possam fornecer um sistema de entrega de drogas estável, a entrega direcionada a tecidos ou órgãos desejados continua sendo outro desafio. Quando injetados no sangue, a maioria dos exossomos tende a se acumular no fígado em vez de atingir o órgão ou tecido alvo. Para este fim, uma abordagem atraente é fornecer os exossomos contendo curcumina-albumina usando adesivos de matriz de microagulhas para aplicações direcionadas à pele.

As matrizes de microagulhas (MNA) contêm dezenas ou centenas de agulhas, cada uma tão fina quanto um fio de cabelo humano e invisível a olho nu. Através de um processo de fabricação e aplicação primeiro, essas agulhas em microescala são dispostas em formato de matriz em um remendo menor que um centavo. As microagulhas dissolúveis são formadas misturando a droga – exossomos neste caso – com um tipo de açúcar e solidificando-as em sua forma.

Quando inseridas no tecido, as agulhas se dissolvem e liberam o medicamento de maneira direcionada e precisa. Devido ao seu pequeno tamanho, as microagulhas não causam danos aos tecidos. Como tal, eles podem ser usados ​​como uma maneira indolor de fornecer terapêutica na pele ou através dela, melhorando a adesão do paciente e a entrega direcionada. Notavelmente, os adesivos de microagulhas podem ser administrados pelos próprios pacientes sem nenhum equipamento ou treinamento especializado.

Os pesquisadores encontraram outra grande vantagem no uso de MNAs. Quando os compostos de curcumina fortificados com exossomos foram incorporados aos MNAs, a equipe descobriu que a estabilidade desses compostos à temperatura ambiente aumentou drasticamente. O sistema pode ser armazenado por até um ano sem a necessidade de armazenamento a frio.

"Isso é grande porque uma das principais desvantagens das vacinas atuais é a logística de transporte que requer armazenamento a frio", disse Yerneni. Ele explicou que isso prejudica especialmente os países mais pobres que não podem facilitar longas cadeias de fornecimento de armazenamento a frio. Yerneni está otimista de que essa tecnologia pode superar esses obstáculos.

Uma jornada colaborativa

Yerneni e Campbell não precisaram ir muito longe para encontrar um colaborador para a entrega de exossomos usando matrizes de microagulhas, porque um dos principais especialistas mundiais na tecnologia estava no final do corredor. Burak Ozdoganlar, professor de engenharia mecânica, liderava os esforços para desenvolver diferentes microagulhas há mais de uma década com o falecido Lee Weiss, professor do Instituto de Robótica de Carnegie Mellon.

Uma das inspirações originais para os MNAs veio de Weiss, que conceituou a ideia de "micro-velcro", ou micro-farpas, uma série de projetos de titânio em forma de ponta de flecha. Ozdoganlar e Weiss trabalharam juntos em meados dos anos 2000, desenvolvendo métodos de fabricação para concretizar o "micro-velcro". Mais tarde, Ozdoganlar colaborou com pesquisadores médicos da Universidade de Pittsburgh para demonstrar a aplicação de MNAs para uma série de doenças e condições, incluindo câncer de pele e, mais recentemente, para vacinação contra COVID.

Yalcintas, ex-Ph.D. estudante do grupo de pesquisa de Ozdoganlar, trabalhou em estreita colaboração com Yerneni no projeto da curcumina. "Esta foi uma verdadeira colaboração entre dois excelentes grupos de pesquisa. Graças ao excelente trabalho de Ezgi e Sai, demonstramos com sucesso a entrega local de curcumina na pele e sua eficácia no bloqueio e redução da inflamação", disse Ozdoganlar. “Isso pode afetar muito o tratamento de uma série de condições de pele e, possivelmente, vários tipos de câncer de pele”.

Publicado na Acta Biomaterialia , a pesquisa da equipe demonstra que o sistema híbrido exossomo/MNA é uma maneira eficaz de fornecer curcumina à pele. Isso permitirá que os médicos utilizem a curcumina como um terapêutico totalmente natural. A equipe mostrou que este é um tratamento eficaz para reduzir a inflamação local da pele em pequenos modelos de animais, mas são necessárias mais pesquisas para explorar outras propriedades da curcumina.

Em seguida, a equipe planeja realizar mais experimentos usando modelos animais específicos de doenças para provar que os benefícios da curcumina podem ser realizados usando um sistema de entrega de exossomo-albumina e matrizes de microagulhas.

"Nós carregamos com sucesso o sistema de entrega de exossoma-albumina com curcumina", disse Yerneni. "Esta tecnologia está sendo estendida para fornecer outros medicamentos e potencialmente controlar outras doenças de pele, como câncer (melanoma), psoríase e úlceras de pele". + Explorar mais

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