O professor Kevin Braeckmans, da Universidade de Ghent, concentrou-se nos últimos 10 anos em um método para engenharia segura de células terapêuticas com nanofibras fototérmicas. Hoje, a Nanotecnologia da Natureza fornece informações sobre como essas nanofibras fototérmicas biocompatíveis foram desenvolvidas e como, após irradiação a laser, as células que entram em contato com essas nanofibras se tornam permeabilizadas e podem ser transfectadas com uma variedade de moléculas efetoras, incluindo complexos de ribonucleoproteína CRISPR/Cas9 e siRNA. O professor Braeckmans e sua equipe demonstraram que células, como células-tronco embrionárias e células T humanas, transfectadas com essas nanofibras estão em excelente saúde e mantêm sua funcionalidade terapêutica.
Nova base para terapias baseadas em células

As terapias baseadas em células constituem uma nova forma de tratamento em que células geneticamente modificadas são injetadas no paciente para prevenir ou tratar doenças. Um exemplo bem conhecido é o uso das próprias células imunes de um paciente com câncer que podem ser isoladas, geneticamente modificadas e expandidas em um ambiente de laboratório e reinfundidas no paciente para atacar as células tumorais. A modificação genética das células depende de tecnologias de entrega intracelular que muitas vezes lutam para obter eficiência suficiente, tendo um impacto mínimo na saúde e no funcionamento da célula.

A fotoporação sensibilizada por nanopartículas é particularmente promissora a esse respeito, pois normalmente fornece alta eficiência, alto rendimento e baixa toxicidade. Baseia-se no uso de nanopartículas responsivas à luz, como nanopartículas de ouro (NPs), que podem formar nanobolhas explosivas sob irradiação de laser pulsado. Essas pequenas explosões podem induzir pequenos poros nas membranas celulares, permitindo que moléculas efetoras externas suplementadas no meio celular entrem nas células. No entanto, a tradução da fotoporação sensibilizada por nanopartículas para aplicações clínicas é dificultada pelo fato de as células terem estado em contato com nanopartículas (não degradáveis), apresentando preocupações toxicológicas e regulatórias.

Portanto, é necessária uma nova abordagem que mantenha a vantagem da fotoporação sensibilizada por nanopartículas, evitando o contato direto de nanopartículas e células. Como mostrado na figura acima, o professor Braeckmans e sua equipe incorporaram nanopartículas fototérmicas de óxido de ferro (IONPs) em nanofibras poliméricas biocompatíveis que foram produzidas por eletrofiação. A policaprolactona (PCL) é um polímero biocompatível amplamente utilizado em aplicações biomédicas, enquanto as IONPs são econômicas e possuem amplo espectro de absorção de luz.

Eles mostram que células aderentes e em suspensão podem ser transfectadas com segurança e eficiência com uma variedade de macromoléculas após irradiação com pulsos de laser de nanossegundos. Ao realizar a análise elementar por meio de espectrometria de massa de plasma acoplado indutivamente (ICP-MS/MS), eles confirmam que os IONPs permanecem incorporados com segurança nas nanofibras após a irradiação a laser, para que as células tratadas estejam efetivamente livres da exposição direta às nanopartículas. Simulações numéricas sobre a transferência de calor de IONPs embebidos em fibra para células próximas foram realizadas para entender melhor como a fluência do pulso de laser, a distribuição de IONP e o estado de agregação influenciam a permeabilidade da membrana celular.

Experimentalmente, a equipe mostrou que a fotoporação com nanofibras fototérmicas poderia fornecer com sucesso moléculas biológicas funcionais, incluindo siRNA ou ribonucleoproteínas CRISP-Cas9 (RNPs), para células aderentes e em suspensão, incluindo células-tronco embrionárias humanas (hESC) e células T humanas primárias. Como referência foi realizada uma comparação com eletroporação de última geração. Enquanto as células eletroporadas sofreram alterações em seu fenótipo e funcionalidade, esse não foi o caso das células fotoporadas que mantiveram sua capacidade de proliferar e, no caso das células CAR-T, de matar células tumorais. Finalmente, a fotoporação PEN foi usada para transfectar células CAR-T com siRNA visando o receptor PD1, um conhecido inibidor de checkpoint imunológico. As células tratadas com siPD1 foram confirmadas como tendo capacidade de morte tumoral aumentada in vivo.

Juntos, eles mostram que a fotoporação com nanofibras fototérmicas permite a entrega intracelular eficiente e segura de uma ampla gama de moléculas efetoras em uma variedade de tipos de células sem contato com nanopartículas fototérmicas potencialmente tóxicas. "Acreditamos que este é um passo importante para o uso da fotoporação para a produção segura e eficiente de terapias celulares modificadas por genes", diz o professor Braeckmans. + Explorar mais

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