A quimioterapia como tratamento para o câncer é uma das maiores histórias de sucesso médico do século 20, mas está longe de ser perfeita. Qualquer pessoa que tenha passado por quimioterapia ou que um amigo ou ente querido tenha passado por ela estará familiarizada com seus muitos efeitos colaterais:queda de cabelo, náusea, sistema imunológico enfraquecido e até infertilidade e danos nos nervos.



Isso ocorre porque os medicamentos quimioterápicos são tóxicos. O objetivo deles é matar as células cancerígenas, envenenando-as, mas como as células cancerígenas derivam de células saudáveis ​​e são substancialmente semelhantes a elas, é difícil criar uma droga que as mate sem danificar também os tecidos saudáveis.

Mas agora duas equipas de investigação do Caltech criaram um tipo inteiramente novo de sistema de administração de medicamentos, que, segundo eles, poderá finalmente dar aos médicos a capacidade de tratar o cancro de uma forma mais direcionada. O sistema emprega medicamentos que são ativados por ultrassom – e apenas onde são necessários no corpo.

O sistema foi desenvolvido nos laboratórios de Maxwell Robb, professor assistente de química, e Mikhail Shapiro, professor Max Delbrück de Engenharia Química e Engenharia Médica e investigador do Howard Hughes Medical Institute.

Em um artigo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , os pesquisadores mostram como combinaram elementos de cada uma de suas especialidades para criar a plataforma. O artigo é intitulado "Controle remoto de reações mecanoquímicas sob condições fisiológicas usando ultrassom focalizado biocompatível".

Trabalhando em colaboração, as duas equipes de pesquisa uniram vesículas de gás (cápsulas cheias de ar de proteínas encontradas em algumas bactérias) e mecanóforos (moléculas que sofrem uma alteração química quando submetidas à força física). O laboratório de Shapiro já usou vesículas de gás em conjunto com ultrassom para obter imagens de células individuais e movê-las com precisão.

O laboratório de Robb, por sua vez, criou mecanóforos que mudam de cor quando esticados, tornando-os úteis para detectar deformações em estruturas, e outros mecanóforos que podem liberar uma molécula menor, incluindo uma droga, em resposta a um estímulo mecânico. Para o novo trabalho, eles criaram uma forma de usar ondas de ultrassom como estímulo.

“Estamos pensando nisso há muito tempo”, diz Robb. "Tudo começou quando cheguei ao Caltech e ao Mikhail e comecei a conversar sobre os efeitos mecânicos do ultrassom."

Ao começarem a pesquisar a combinação de mecanóforos e ultrassom, descobriram um problema:o ultrassom poderia ativar os mecanóforos, mas apenas em uma intensidade tão forte que também danificava os tecidos vizinhos. O que os pesquisadores precisavam era de uma maneira de concentrar a energia do ultrassom exatamente onde queriam. Descobriu-se que a tecnologia de vesículas de gás de Shapiro forneceu a solução.

Em seu trabalho anterior, Shapiro aproveitou a tendência das vesículas de vibrar ou “tocar” como um sino quando bombardeadas por ondas ultrassônicas. Na pesquisa atual, entretanto, as vesículas são tão duras que se rompem, o que concentra a energia do ultrassom. As vesículas tornam-se efetivamente pequenas bombas cujas explosões ativam o mecanóforo.

“A aplicação de força através do ultrassom geralmente depende de condições muito intensas que desencadeiam a implosão de pequenas bolhas de gás dissolvido”, diz Molly McFadden, Ph.D., coautora do estudo. "Seu colapso é a fonte de força mecânica que ativa o mecanóforo. As vesículas têm maior sensibilidade ao ultrassom. Usando-as, descobrimos que a mesma ativação do mecanóforo pode ser alcançada sob ultrassom muito mais fraco."

Yuxing Yao, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório de Shapiro, diz que esta é a primeira vez que o ultrassom focalizado foi capaz de controlar uma reação química específica em um ambiente biológico.

“Anteriormente, o ultrassom era usado para perturbar ou mover coisas”, diz Yao. "Mas agora está abrindo um novo caminho para nós usando a mecanoquímica."

Até agora, a plataforma só foi testada em condições laboratoriais controladas, mas no futuro os investigadores planeiam testá-la em organismos vivos.

Mais informações: Yuxing Yao et al, Controle remoto de reações mecanoquímicas sob condições fisiológicas usando ultrassom focalizado biocompatível, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2309822120. www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2309822120
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia