Gostou do artigo? Compartilhe!

Nanoseringas permitem injetar medicamentos em células específicas do corpo

A+ A- Alterar tamanho da letra
Avalie esta notícia

Pesquisadores aproveitaram uma “seringa” molecular que alguns vírus1 e bactérias usam para infectar seus hospedeiros e a colocaram para trabalhar, fornecendo proteínas2 potencialmente terapêuticas para células3 humanas cultivadas em laboratório.

A técnica emprestada da natureza e aprimorada usando inteligência artificial poderia estimular o desenvolvimento de melhores sistemas de administração de medicamentos. A descoberta foi publicada na revista Nature.

Graças a essas “nanoseringas” bacterianas ajustadas para atingir células3 humanas desenvolvidas, pode ser possível injetar proteínas2 em células3 específicas do corpo. Isso poderia levar a tratamentos mais seguros e eficazes para uma ampla gama de condições, incluindo o câncer4.

Quando engolimos uma pílula, as pequenas moléculas dentro dela se difundem nas células3 do sangue5. Mas como pequenas moléculas podem entrar facilmente nas células3, elas não são tão específicas e geralmente têm efeitos colaterais6 indesejados.

Moléculas grandes, como proteínas2, podem ter efeitos muito mais específicos e poderosos do que medicamentos de moléculas pequenas. Mas elas não podem atravessar uma membrana celular7 e entrar em uma célula8, limitando muito seus usos. Maneiras eficazes de obter proteínas2 dentro das células3 do corpo poderiam abrir a porta para tratamentos transformadores para uma grande variedade de condições.

Muitos grupos em todo o mundo estão tentando resolver esse problema de entrega, com progresso limitado até agora. “A entrega de proteínas2 tem sido um desafio”, diz Joseph Kreitz, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Mas as bactérias já resolveram esse problema. Muitas produzem estruturas cilíndricas que se ligam às células3 e injetam à força seu conteúdo nelas. “Elas são muito semelhantes a uma seringa”, diz Kreitz.

Essas nanoseringas se assemelham aos vírus1 fágicos que infectam bactérias e são provavelmente o resultado de bactérias que cooptam os vírus1 e os transformam em armas.

Leia sobre "Principais vias de administração de medicamentos" e "Informações importantes sobre medicamentos".

Em particular, a bactéria9 Photorhabdus libera nanoseringas carregadas com proteínas2 tóxicas quando infecta insetos. As nanoseringas se ligam a proteínas2 específicas nas células3 dos insetos e injetam as toxinas10 nessas células3, matando-as para que as bactérias se alimentem.

Kreitz e seus colegas começaram a adaptar as nanoseringas da Photorhabdus para atingir células3 humanas. Eles primeiro usaram o programa AlphaFold AI para prever a estrutura das nanoseringas, incluindo a seção que se liga aos receptores de proteína do lado de fora das células3 e aciona a injeção11.

Eles então ajustaram esta seção para que ela se ligasse a uma proteína humana chamada EGFR, que é encontrada do lado de fora de algumas células3, novamente usando o AlphaFold para descobrir os efeitos dos ajustes.

A equipe mostrou que esta nanoseringa modificada poderia fornecer vários tipos diferentes de proteínas2 de tamanhos variados para células3 humanas que continham a proteína EGFR.

“O fato de que a nanoseringa pode carregar uma diversidade de diferentes cargas de tamanhos diferentes a torna única entre os dispositivos de entrega de proteínas”, diz Kreitz. Cada nanoseringa pode conter cerca de 10 proteínas2, dependendo do tamanho, diz ele.

Quando as nanoseringas foram carregadas com uma toxina12, elas mataram as células3 que continham a proteína EGFR, mas deixaram outras células3 intactas.

“A especificidade do alvo é excelente”, diz o líder da equipe Feng Zhang do MIT. “É muito emocionante.”

Isso mostra que as nanoseringas podem ser programadas para atingir qualquer tipo de célula8, diz ele, incluindo potencialmente vários tipos de câncer4.

Os pesquisadores também mostraram que outra nanoseringa ajustada para atingir uma proteína da superfície de células3 de camundongos poderia fornecer proteínas2 aos neurônios13 quando injetada no cérebro14 de camundongos. Crucialmente, porém, eles ainda precisam mostrar que as nanoseringas podem fornecer proteínas2 às células3 após serem injetadas na corrente sanguínea.

O estudo mostra que as nanoseringas funcionam e a abordagem parece promissora, diz Amin Hajitou, do Imperial College London, que já alterou vírus1 fágicos para atingir células3 cancerígenas humanas. Mas a equipe precisa trabalhar muito mais para mostrar que podem ser úteis no tratamento de doenças, diz ele.

Mesmo que as nanoseringas funcionem quando injetadas no sangue5, elas podem ser vistas como estranhas e desencadear a produção de anticorpos15. Isso também é um problema com os sistemas de entrega baseados em vírus1 usados para terapia genética, entre outras coisas, e significa que esses tratamentos não podem ser administrados repetidamente por longos períodos – uma grande limitação.

No entanto, Kreitz diz já ter “decorado” a parte cilíndrica das nanoseringas com a adição de minúsculas proteínas2. Pode ser possível disfarçar as nanoseringas do sistema imunológico16 dessa maneira, diz ele.

No artigo, os pesquisadores descrevem a entrega de proteína programável com um sistema de injeção11 contrátil bacteriana.

Eles contextualizam que as bactérias endossimbióticas desenvolveram sistemas de entrega intrincados que permitem que esses organismos interajam com a biologia do hospedeiro. Um exemplo, os sistemas de injeção11 contrátil extracelular (SICes), que são complexos macromoleculares semelhantes a seringas que injetam cargas úteis de proteínas2 em células eucarióticas17, conduzindo uma espécie de espinho através da membrana celular7.

Recentemente, descobriu-se que os SICes têm como alvo células3 de camundongos, levantando a possibilidade de que esses sistemas possam ser aproveitados para a entrega de proteínas2 terapêuticas.

No entanto, se os SICes podem funcionar em células3 humanas permanece desconhecido, e o mecanismo pelo qual esses sistemas reconhecem as células3-alvo é pouco compreendido.

Neste estudo, mostrou-se que a seleção de alvo pelo cassete de virulência18 da Photorhabdus (CVP) – um SICe da bactéria9 entomopatogênica Photorhabdus asymbiotica – é mediada pelo reconhecimento específico de um receptor alvo por um elemento de ligação distal19 da fibra da cauda do CVP.

Além disso, usando engenharia guiada por estrutura in silico da fibra da cauda, mostrou-se que os CVPs podem ser reprogramados para atingir organismos não visados nativamente por esses sistemas – incluindo células3 humanas e camundongos – com eficiências próximas de 100%.

Por fim, mostrou-se que os CVPs podem carregar diversas cargas úteis de proteínas2, incluindo Cas9, editores de base e toxinas10, e podem entregá-los funcionalmente às células3 humanas.

Esses resultados demonstram que os CVPs são dispositivos programáveis de entrega de proteínas2 com possíveis aplicações em terapia gênica, terapia de câncer4 e biocontrole.

Veja também sobre "O que são bactérias" e "O que são vírus1".

 

Fontes:
Nature, publicação em 29 de março de 2023.
New Scientist, notícia publicada em 29 de março de 2023.

 

Créditos da imagem: Joseph Kreitz, Broad Institute of MIT and Harvard

 

NEWS.MED.BR, 2023. Nanoseringas permitem injetar medicamentos em células específicas do corpo. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/tecnologia-e-saude/1436270/nanoseringas-permitem-injetar-medicamentos-em-celulas-especificas-do-corpo.htm>. Acesso em: 10 jun. 2023.

Complementos

1 Vírus: Pequeno microorganismo capaz de infectar uma célula de um organismo superior e replicar-se utilizando os elementos celulares do hospedeiro. São capazes de causar múltiplas doenças, desde um resfriado comum até a AIDS.
2 Proteínas: Um dos três principais nutrientes dos alimentos. Alimentos que fornecem proteína incluem carne vermelha, frango, peixe, queijos, leite, derivados do leite, ovos.
3 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
4 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
5 Sangue: O sangue é uma substância líquida que circula pelas artérias e veias do organismo. Em um adulto sadio, cerca de 45% do volume de seu sangue é composto por células (a maioria glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas). O sangue é vermelho brilhante, quando oxigenado nos pulmões (nos alvéolos pulmonares). Ele adquire uma tonalidade mais azulada, quando perde seu oxigênio, através das veias e dos pequenos vasos denominados capilares.
6 Efeitos colaterais: 1. Ação não esperada de um medicamento. Ou seja, significa a ação sobre alguma parte do organismo diferente daquela que precisa ser tratada pelo medicamento. 2. Possível reação que pode ocorrer durante o uso do medicamento, podendo ser benéfica ou maléfica.
7 Membrana Celular: Membrana seletivamente permeável (contendo lipídeos e proteínas) que envolve o citoplasma em células procarióticas e eucarióticas.
8 Célula: Unidade funcional básica de todo tecido, capaz de se duplicar (porém algumas células muito especializadas, como os neurônios, não conseguem se duplicar), trocar substâncias com o meio externo à célula, etc. Possui subestruturas (organelas) distintas como núcleo, parede celular, membrana celular, mitocôndrias, etc. que são as responsáveis pela sobrevivência da mesma.
9 Bactéria: Organismo unicelular, capaz de auto-reproduzir-se. Existem diferentes tipos de bactérias, classificadas segundo suas características de crescimento (aeróbicas ou anaeróbicas, etc.), sua capacidade de absorver corantes especiais (Gram positivas, Gram negativas), segundo sua forma (bacilos, cocos, espiroquetas, etc.). Algumas produzem infecções no ser humano, que podem ser bastante graves.
10 Toxinas: Substâncias tóxicas, especialmente uma proteína, produzidas durante o metabolismo e o crescimento de certos microrganismos, animais e plantas, capazes de provocar a formação de anticorpos ou antitoxinas.
11 Injeção: Infiltração de medicação ou nutrientes líquidos no corpo através de uma agulha e seringa.
12 Toxina: Substância tóxica, especialmente uma proteína, produzida durante o metabolismo e o crescimento de certos microrganismos, animais e plantas, capaz de provocar a formação de anticorpos ou antitoxinas.
13 Neurônios: Unidades celulares básicas do tecido nervoso. Cada neurônio é formado por corpo, axônio e dendritos. Sua função é receber, conduzir e transmitir impulsos no SISTEMA NERVOSO. Sinônimos: Células Nervosas
14 Cérebro: Derivado do TELENCÉFALO, o cérebro é composto dos hemisférios direito e esquerdo. Cada hemisfério contém um córtex cerebral exterior e gânglios basais subcorticais. O cérebro inclui todas as partes dentro do crânio exceto MEDULA OBLONGA, PONTE e CEREBELO. As funções cerebrais incluem as atividades sensório-motora, emocional e intelectual.
15 Anticorpos: Proteínas produzidas pelo organismo para se proteger de substâncias estranhas como bactérias ou vírus. As pessoas que têm diabetes tipo 1 produzem anticorpos que destroem as células beta produtoras de insulina do próprio organismo.
16 Sistema imunológico: Sistema de defesa do organismo contra infecções e outros ataques de micro-organismos que enfraquecem o nosso corpo.
17 Células Eucarióticas: Células dos organismos superiores, contendo um núcleo verdadeiro delimitado por uma membrana nuclear.
18 Virulência: 1. Qualidade ou estado do que é ou está virulento. 2. Capacidade de um vírus ou bactéria de se multiplicar dentro de um organismo, provocando doença. 3. No sentido figurado, caráter daquilo ou daquele que está carregado de violência ou de ímpeto violento.
19 Distal: 1. Que se localiza longe do centro, do ponto de origem ou do ponto de união. 2. Espacialmente distante; remoto. 3. Em anatomia geral, é o mais afastado do tronco (diz-se de membro) ou do ponto de origem (diz-se de vasos ou nervos). Ou também o que é voltado para a direção oposta à cabeça. 4. Em odontologia, é o mais distante do ponto médio do arco dental.
Gostou do artigo? Compartilhe!