As quimioterapias padrão podem matar células cancerígenas com eficiência, mas também representam riscos significativos para as células saudáveis, resultando em doenças secundárias e diminuição da qualidade de vida dos pacientes. Para evitar os danos anteriormente inevitáveis, pesquisadores, liderados pela Penn State, desenvolveram uma nova classe de nanomateriais projetados para capturar drogas quimioterápicas antes que elas interajam com tecidos saudáveis.
"Para reduzir os efeitos fora do alvo dos medicamentos contra o câncer durante e após a quimioterapia localizada, é necessário eliminar sua circulação sistêmica", disse o pesquisador principal Amir Sheikhi, professor assistente de engenharia química e engenharia biomédica da Penn State. "As plataformas disponíveis e propostas para remover drogas indesejadas - principalmente a droga quimioterápica doxorrubicina (DOX) - do sangue são extremamente ineficazes, falhando em remover o suficiente da droga para evitar danos. Desenvolvemos uma abordagem altamente eficiente que captura a DOX em uma capacidade mais 3.200% maior do que outras plataformas, como materiais baseados em DNA."

O método, agora disponível online antes da edição de março da Materials Today Chemistry , é baseado em nanocristais de celulose peluda - nanopartículas desenvolvidas a partir do principal componente das paredes celulares das plantas e projetadas para ter um número imenso de "cabelos" de cadeias de polímeros que se estendem de cada extremidade. Esses cabelos aumentam a capacidade potencial de captura de drogas dos nanocristais significativamente além das nanopartículas convencionais e resinas de troca iônica, de acordo com Sheikhi.

"Até onde sabemos, atualmente não existe um sistema de captura de drogas com super capacidade baseado em nanopartículas", disse Sheikhi, observando que o desenvolvimento de tal sistema pode ter um impacto significativo nos planos de tratamento do câncer. “Para alguns órgãos, como o fígado, a quimioterapia pode ser administrada localmente por meio de cateteres. de quimioterapia para matar o câncer mais rapidamente sem se preocupar em danificar as células saudáveis. Assim que o tratamento terminar, o dispositivo pode ser removido."

Para produzir os nanocristais de celulose pilosos capazes de capturar drogas quimioterápicas, os pesquisadores trataram quimicamente as fibras de celulose encontradas na polpa de madeira macia e transmitiram uma carga negativa aos cabelos, tornando-os estáveis ​​contra a composição iônica do sangue. De acordo com Sheikhi, isso corrige uma falha das nanopartículas convencionais, cuja carga pode se tornar inerte ou reduzida quando exposta ao sangue, limitando o número de moléculas de droga carregadas positivamente com as quais ela pode se ligar a números insignificantes.

A eficácia de ligação dos nanocristais foi testada em soro humano, a porção do sangue rica em proteínas que não contém glóbulos vermelhos ou brancos ou plaquetas. Para cada grama de nanocristais de celulose peluda, mais de 6.000 miligramas de DOX foram efetivamente removidos do soro.

"Os nanocristais peludos nos permitiram aumentar o limite em pelo menos duas a três ordens de magnitude em comparação com algumas outras plataformas disponíveis", disse Sheikhi.

Os pesquisadores também descobriram que os nanocristais não tiveram efeito prejudicial sobre os glóbulos vermelhos do sangue total ou sobre o crescimento celular nas células endoteliais da veia umbilical humana.

“Descobrimos que os nanocristais de celulose peluda se ligam a drogas carregadas positivamente no soro humano e capturam DOX imediatamente, e o fazem sem impor qualquer citotoxicidade ou efeitos hemolíticos”, disse Sheikhi. “Prevemos que esta nanopartícula eficaz e não tóxica possa ser um alicerce para a próxima geração de dispositivos para capturar o excesso de drogas e remover moléculas indesejadas do corpo, como psicodélicos e toxinas”.

De acordo com Sheikhi, o uso de nanocristais de celulose peluda tem implicações de longo alcance além do corpo. Sua equipe recentemente projetou nanocristais capazes de se ligar seletivamente ao neodímio, um elemento de terras raras, para resgatar material valioso do lixo eletrônico.

"Estamos empolgados em apresentar um novo material com uma capacidade tão alta para separar uma variedade de elementos, que esperamos abrir novas oportunidades para uma ampla gama de aplicações", disse Sheikhi.

Sheikhi iniciou este trabalho como bolsista de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em Los Angeles, no laboratório de Ali Khademhosseini, hoje diretor executivo do Instituto Terasaki de Inovação Biomédica. Outros colaboradores da Penn State incluem Joy Muthami e Patricia Wamea, ambas mestres recentes em ciências em graduados em engenharia química; e Mica Pitcher, doutoranda em química. Os colaboradores da UCLA incluem Sarah A.E. Young, Peter Antovski, Robert Denis Murphy, Andrew Schmidt, Samuel Clark e, para uma parte da pesquisa, Reihaneh Haghniaz. Haghniaz agora é afiliado ao Instituto Terasaki de Inovação Biomédica. + Explorar mais

Recuperando elementos de terras raras de lixo eletrônico