Nanomateriais capturam drogas contra o câncer para evitar danos aos tecidos
Material pode permitir elevar doses de quimioterápicos sem efeitos colaterais
Imagem 1: Amir Sheikhi/Penn State
Pesquisadores projetaram nanocristais de celulose peluda especializados, à esquerda, desenvolvidos a partir do principal componente das paredes das células vegetais e usados em uma variedade de materiais, incluindo papel, para capturar medicamentos quimioterápicos fora do alvo para evitar danos aos tecidos, à direita. Ambos os tubos contêm soro sanguíneo humano e um medicamento quimioterápico comum. O tubo da direita também contém os nanocristais, que capturaram a droga, separando-a do soro sanguíneo
As quimioterapias tradicionais podem matar células cancerosas 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 por uma equipe da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual da Pensilvânia (Penn State/EUA) 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 extrair o suficiente da droga para evitar danos. Desenvolvemos uma abordagem altamente eficiente que captura a DOX em um volume superior a 3.200% maior do que outras plataformas, como materiais baseados em DNA”, comparou Sheikhi.
O método 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 cadeia 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 de supercapacidade baseado em nanopartículas”, disse o cientista, 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. Se pudéssemos colocar um dispositivo baseado nos nanocristais para capturar o excesso de drogas que saem da veia cava inferior do fígado, um grande vaso sanguíneo, os médicos poderiam administrar doses mais altas de quimioterapia para matar o câncer mais rapidamente sem se preocupar em danificar células saudáveis. Quando o tratamento terminar, o dispositivo poderá ser removido”, completou.
Penn State
“Para reduzir os efeitos fora do alvo dos medicamentos é necessário eliminar sua circulação sistêmica”, explica Sheikhi
Para produzir os nanocristais de celulose capazes de capturar drogas quimioterápicas, os pesquisadores trataram quimicamente as fibras do material encontrado na polpa de madeira macia e transmitiram uma carga negativa aos seus fios, 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 desse tipo de celulose, mais de seis mil miligramas de DOX foram efetivamente removidos do soro.
“Os nanocristais nos permitiram aumentar o limite em pelo menos duas a três ordens de magnitude em comparação com algumas outras plataformas disponíveis”, contou 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 se ligam a drogas carregadas positivamente no soro humano, capturam o DOX imediatamente e o fazem sem impor qualquer efeito citotóxico ou hemolítico”, salientou Sheikhi. “Prevemos que esta nanopartícula eficaz e não tóxica pode ser um alicerce para a próxima geração de dispositivos para capturar o excesso de drogas indesejadas do corpo, como psicodélicos e toxinas”.
TERRAS RARAS – O uso de nanocristais de celulose peluda tem implicações de longo alcance além do corpo. A equipe liderada por Sheikhi recentemente projetou nanocristais capazes de se ligar seletivamente ao neodímio, um elemento de terras raras, para resgatar material valioso do lixo eletrônico. Clique aqui para saber mais.
Sheikhi iniciou esse trabalho como bolsista de pós-doutorado na Universidade da Califórnia (UCLA), 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 em ciências em graduados em Engenharia Química; e Mica Pitcher, doutoranda em Química. Os colaboradores da UCLA incluem Sarah AE 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.
Os Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos e Canadá e a Penn State financiaram essa pesquisa.
Com informações de Ashley J. WennersHerron, da área de Comunicação e Marketing da Penn State
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