Nanopartícula geneticamente modificada administra dexametasona diretamente aos pulmões inflamados

Os nanoengenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram nanopartículas que imitam células do sistema imunológico que têm como alvo a inflamação nos pulmões e distribuem medicamentos diretamente onde são necessários. Como prova de conceito, os pesquisadores preencheram as nanopartículas com a droga dexametasona e as administraram em camundongos com tecido pulmonar inflamado. A inflamação foi completamente tratada em camundongos que receberam as nanopartículas, em uma concentração de droga em que os métodos de entrega padrão não tiveram nenhuma eficácia. 

Os pesquisadores relataram suas descobertas no Science Advances em 16 de junho.

O que é especial sobre essas nanopartículas é que elas são revestidas por uma membrana celular que foi geneticamente modificada para procurar e se ligar a células pulmonares inflamadas. Eles são os mais recentes na linha das chamadas nanopartículas revestidas de membrana celular, que foram desenvolvidas pelo laboratório do professor de nanoengenharia da UC San Diego, Liangfang Zhang. Seu laboratório já usou nanopartículas revestidas de membrana celular para absorver toxinas produzidas por MRSA; tratar sepse; e treinar o sistema imunológico para combater o câncer. Mas, embora essas membranas celulares anteriores fossem naturalmente derivadas das células do corpo, as membranas celulares usadas para revestir essa nanopartícula cheia de dexametasona não eram.

“Neste artigo, usamos uma abordagem de engenharia genética para editar as proteínas de superfície nas células antes de coletar as membranas. Isso avançou significativamente nossa tecnologia, permitindo-nos superexpressar com precisão certas proteínas funcionais nas membranas ou eliminar algumas proteínas indesejáveis ​​”, disse Zhang, que é autor sênior do artigo. 

Joon Ho Park, um estudante graduado no laboratório de Zhang e primeiro autor do artigo, disse que os pesquisadores notaram que quando as células endoteliais inflamam, elas superexpressam uma proteína chamada VCAM1, cujo objetivo é atrair células imunológicas para o local da inflamação. Em resposta, as células imunes expressam uma proteína chamada VLA4, que busca e se liga a VCAM1. 

“Nós projetamos membranas celulares para expressar a versão completa do VLA4 o tempo todo”, disse Park. “Essas membranas superexpressam constantemente o VLA4 para procurar VCAM1 e o local da inflamação. Essas membranas celulares projetadas permitem que a nanopartícula encontre os locais inflamados e, em seguida, libere a droga que está dentro da nanopartícula para tratar a área específica da inflamação ”.

Embora a nanopartícula não aumente diretamente a eficácia da droga - a dexametasona neste caso - concentrá-la no local de interesse pode significar que uma dosagem mais baixa é necessária. Este estudo mostrou que a dexametasona se acumulou no local de interesse em níveis mais elevados e mais rápidos do que as abordagens de entrega de drogas padrão. 

“Estamos entregando exatamente o mesmo medicamento usado na clínica, mas a diferença é que estamos concentrando os medicamentos no ponto de interesse”, disse Park. “Por ter essas nanopartículas direcionadas ao local da inflamação, significa que uma porção maior do medicamento acabará onde é necessária e não será eliminada pelo corpo antes de se acumular e ser eficaz”.

Os pesquisadores observam que essa abordagem de membrana celular geneticamente modificada é uma tecnologia de plataforma que, em teoria, pode ser usada para direcionar não apenas a inflamação em outras áreas do corpo - VCAM1 é um sinal universal de inflamação - mas também em casos de uso muito mais amplos.

“Esta é uma plataforma versátil, não apenas para inflamação pulmonar, mas qualquer tipo de inflamação que regula positivamente VCAM1”, disse Park. “Essa tecnologia pode ser generalizada; esta nanopartícula revestida de membrana celular projetada não precisa superexpressar VLA4, ela poderia ser trocada por outra proteína que pode atingir outras áreas do corpo ou atingir outros objetivos.”

Para manipular as membranas de células para sobre-expressar a proteína de VLA-4, Park e o início equipa com genes de empacotamento de VLA-4 em um vecto viral r . Eles então inserem este vetor viral reprogramado em células hospedeiras cultivadas em laboratório derivadas de camundongos. As células incorporam os genes que o vetor viral carrega em seu próprio genoma e, como resultado, produzem membranas que superexpressam VLA4 constantemente. 

O próximo passo dos pesquisadores é estudar o processo usando membranas de células humanas, em vez de membranas de células de camundongos, que são projetadas para expressar a versão humana do VLA4. Ainda existem muitas etapas necessárias antes que a tecnologia possa ser testada em testes clínicos em humanos, mas os pesquisadores dizem que esses primeiros resultados da tecnologia de plataforma são encorajadores. 

“Ao alavancar as técnicas de edição de genes estabelecidas, este estudo avança as nanopartículas revestidas de membrana celular para um novo nível e abre novas oportunidades para a entrega de drogas direcionadas e outras aplicações médicas”, concluiu Zhang.  

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