Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram nanopartículas modulares que podem ser facilmente personalizadas para atingir diferentes entidades biológicas, como tumores, vírus ou toxinas. A superfície das nanopartículas é projetada para hospedar quaisquer moléculas biológicas de sua escolha, tornando possível adaptar as nanopartículas para uma ampla gama de aplicações, desde a administração direcionada de medicamentos até agentes biológicos neutralizantes.



A beleza desta tecnologia reside na sua simplicidade e eficiência. Em vez de criar nanopartículas inteiramente novas para cada aplicação específica, os pesquisadores podem agora empregar uma base modular de nanopartículas e anexar convenientemente proteínas visando uma entidade biológica desejada.

No passado, a criação de nanopartículas distintas para diferentes alvos biológicos exigia passar por um processo sintético diferente do início ao fim a cada vez. Mas com esta nova técnica, a mesma base modular de nanopartículas pode ser facilmente modificada para criar um conjunto completo de nanopartículas especializadas.

"Esta é uma tecnologia de plataforma plug and play que permite a modificação rápida de uma nanopartícula biológica funcional", disse Liangfang Zhang, professor de nanoengenharia na Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego.

Zhang e sua equipe detalham seu trabalho em um artigo intitulado "Uma abordagem modular para melhorar a funcionalidade de nanopartículas revestidas com membrana celular usando engenharia genética", publicado em 30 de outubro na revista Nature Nanotechnology. .

As nanopartículas modulares consistem em núcleos de polímeros biodegradáveis ​​revestidos com membranas celulares geneticamente modificadas. A chave para seu design modular é um par de proteínas sintéticas, conhecidas como SpyCatcher e SpyTag, que são projetadas especificamente para se ligarem espontânea e exclusivamente uma à outra. Este par é comumente usado em pesquisas biológicas para combinar várias proteínas.

Neste estudo, Zhang e sua equipe aproveitaram o par para criar um sistema para fixar facilmente proteínas de interesse a uma superfície de nanopartículas.

Veja como funciona:o SpyCatcher é incorporado à superfície da nanopartícula, enquanto o SpyTag está quimicamente ligado a uma proteína de interesse, como uma que tem como alvo tumores ou vírus. Quando as proteínas ligadas ao SpyTag entram em contato com as nanopartículas decoradas com o SpyCatcher, elas se ligam prontamente umas às outras, permitindo que as proteínas de interesse sejam fixadas sem esforço à superfície das nanopartículas.

Por exemplo, para atingir tumores, o SpyTag pode ser ligado a uma proteína projetada para procurar células tumorais, e essa proteína ligada ao SpyTag é então anexada à nanopartícula. Se o alvo mudar para um vírus específico, o processo é igualmente simples:basta vincular o SpyTag a uma proteína direcionada ao vírus e anexá-la à superfície da nanopartícula.

“É uma abordagem muito simples, simplificada e direta para funcionalizar nanopartículas para qualquer aplicação biológica”, disse Zhang.

Para criar as nanopartículas modulares, os pesquisadores primeiro projetaram células 293 de rim embrionário humano (HEK) geneticamente modificadas - uma linhagem celular comumente usada em pesquisas biológicas - para expressar proteínas SpyCatcher em sua superfície. As membranas celulares foram então isoladas, quebradas em pedaços menores e revestidas com nanopartículas poliméricas biodegradáveis.

Estas nanopartículas foram posteriormente misturadas com proteínas ligadas ao SpyTag. Neste estudo, os pesquisadores usaram duas proteínas diferentes:uma direcionada ao receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR) e a outra direcionada ao receptor 2 do fator de crescimento epidérmico humano (HER2), ambas prevalentes na superfície de várias células cancerígenas.

Como prova de conceito, os pesquisadores testaram essas nanopartículas em camundongos com tumores ovarianos. As nanopartículas foram carregadas com docetaxel, um medicamento quimioterápico, e administradas a camundongos por injeção intravenosa a cada três dias, totalizando quatro injeções. O tratamento com essas nanopartículas suprimiu o crescimento do tumor e melhorou a taxa de sobrevivência. Os ratos tratados tiveram uma sobrevivência média de 63 a 71 dias, enquanto a sobrevivência média dos ratos não tratados foi de 24 a 29 dias.

Os pesquisadores estão procurando melhorar ainda mais a plataforma modular de nanopartículas para distribuição direcionada de medicamentos.

Além do tratamento do câncer, Zhang está entusiasmado com outras aplicações potenciais desta tecnologia. “Como temos uma base modular de nanopartículas, podemos facilmente anexar um agente neutralizante à superfície para neutralizar vírus e toxinas biológicas”, disse ele.

"Também existe potencial para a criação de vacinas anexando um antígeno à superfície das nanopartículas usando esta plataforma modular. Isso abre a porta para uma variedade de novas abordagens terapêuticas."

Mais informações: Uma abordagem modular para melhorar a funcionalidade de nanopartículas revestidas por membrana celular usando engenharia genética, Nanotecnologia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01533-w
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade da Califórnia - San Diego