Os pesquisadores da Johns Hopkins Medicine desenvolveram um teste codificado por cores que sinaliza rapidamente se as nanopartículas recém-desenvolvidas – compartimentos ultra pequenos projetados para transportar medicamentos, vacinas e outras terapias – entregam sua carga nas células-alvo. Historicamente, as nanopartículas têm uma taxa de entrega muito baixa ao citosol, o compartimento interno das células, liberando apenas cerca de 1% a 2% de seu conteúdo. A nova ferramenta de teste, projetada especificamente para testar nanopartículas, pode avançar na busca por medicamentos biológicos de próxima geração. A tecnologia se baseia em nanopartículas atualmente usadas contra câncer e doenças oculares e em vacinas para vírus, incluindo SARS-CoV-2, o vírus que causa o COVID-19.
Os pesquisadores relatam detalhes da ferramenta, testada em células de camundongos cultivadas em laboratório e em camundongos vivos, na edição de 5 de janeiro da revista Science Advances .

"Muitas das ferramentas de avaliação atuais para nanopartículas apenas testam se uma nanopartícula atinge uma célula, não se a terapia pode escapar com sucesso do ambiente degradativo do endossoma para alcançar o interior do citosol da célula, que é onde o medicamento precisa ser localizado para desempenho", diz Jordan Green, Ph.D., professor de engenharia biomédica da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. A nova ferramenta foi criada para rastrear a localização e a liberação de nanopartículas, disse ele.

Pesquisas anteriores estimaram que apenas cerca de 1% a 2% das nanopartículas "comidas" pelas células são capazes de escapar dos compartimentos celulares que as prendem para evitar serem digeridas ou "cuspir de volta". Além das propriedades de sua carga, as propriedades químicas de uma nanopartícula determinam se ela é aceita por uma célula e capaz de escapar de suas defesas celulares.

Para superar esses obstáculos até a entrega final, Green e sua equipe projetaram uma ferramenta de triagem que avalia centenas de formulações de nanopartículas em sua capacidade de não apenas atingir uma célula, mas também com que eficiência a nanopartícula pode escapar com sua carga para atingir o interior de uma célula.

O teste usa células de camundongo cultivadas em laboratório que são geneticamente modificadas para carregar um marcador fluorescente chamado Gal8-mRuby, que brilha em vermelho-alaranjado quando um envelope celular que envolve uma nanopartícula se abre, liberando sua carga na célula.

As imagens do processo são então analisadas por um programa de computador que rastreia rapidamente a localização das nanopartículas usando luz fluorescente vermelha e quantifica a eficácia das nanopartículas ao serem liberadas na célula, avaliando a quantidade de luz fluorescente vermelho-alaranjada. Usando essa técnica, um laboratório pode rastrear centenas de nanopartículas exclusivas para entrega em poucas horas, com informações detalhadas sobre a absorção das nanopartículas e a entrega de sua carga.

Em experimentos em camundongos, Green e sua equipe administraram nanopartículas biodegradáveis ​​que carregam mRNA que codifica um gene chamado luciferase, que faz as células brilharem. Os pesquisadores então rastrearam se as células do camundongo aceitaram o gene e começaram a expressá-lo – iluminando as células-alvo como um vaga-lume.

A equipe de Green descobriu que as nanopartículas de melhor desempenho nos testes celulares tinham uma alta correlação positiva com o desempenho de entrega de genes de nanopartículas em camundongos vivos, mostrando que o ensaio de nanopartículas é um bom preditor de entrega de carga bem-sucedida.

Em outros estudos com ratos, os pesquisadores descobriram que diferentes combinações de grupos químicos nas nanopartículas baseadas em polímeros levaram as nanopartículas a atingir diferentes tipos de tecidos. Ao analisar como as partículas se comportavam no corpo do camundongo, os pesquisadores descobriram que as propriedades químicas do polímero poderiam direcionar a terapia genética de nanopartículas para células-alvo específicas, como células endoteliais nos pulmões ou células B no baço.

“Ao ajustar pequenas mudanças químicas, podemos direcionar uma nanopartícula para tecidos específicos e até células específicas”, disse Green. "Isso nos permitiria desenvolver terapias administradas com mais precisão, o que poderia melhorar a eficácia e a segurança".

A entrega de nanopartículas de drogas biológicas é um campo em crescimento, particularmente para terapias genéticas e vacinas.

Outros pesquisadores envolvidos no estudo incluem Yuan Rui, David R. Wilson, Stephany Y. Tzeng, Hannah M. Yamagata, Deepti Sudhakar, Cynthia A. Berlinicke e Donald J. Zack da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins; Marranne Conge da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins e do Berea College; e Anthony Tuesca da AstraZeneca. + Explorar mais

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