A biomedicina vem avançando, unindo a área da saúde com os meios tecnológicos e um dos desenvolvimentos recentes mais notáveis na pesquisa biomédica foi o desenvolvimento de métodos de edição de genes altamente direcionados, como o CRISPR, que pode adicionar, remover ou alterar um gene dentro de uma célula com grande precisão. O método já está sendo testado ou utilizado para o tratamento de pacientes com anemia falciforme e cânceres como mieloma múltiplo e lipossarcoma e suas criadoras Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna receberam o Prêmio Nobel de Química.


No entanto, apesar da edição de genes ser precisa na localização e alteração de genes, ainda não há como direcionar o tratamento a locais específicos do corpo. Os tratamentos testados até o momento envolvem a remoção de células-tronco do sangue ou células T do sistema imunológico do corpo para modificá-los e, em seguida, infundi-los de volta em um paciente para repovoar a corrente sanguínea ou reconstituir uma resposta imunológica, sendo um processo demorado e caro.


A inovação na edição de genes


Por isso, pegando como base os estudos desenvolvidos por Charpentier e Doudna, os pesquisadores da Tufts elaboraram pela primeira vez uma forma de entregar diretamente pacotes de edição de genes de forma eficiente através da barreira hematoencefálica e em regiões específicas do cérebro, em células do sistema imunológico ou em tecidos específicos e órgãos em modelos de camundongos. Essas aplicações podem abrir uma linha de estratégia inteiramente nova no tratamento de condições neurológicas, bem como de câncer, doenças infecciosas e doenças autoimunes.


Para dar vida ao estudo em questão, uma equipe de engenheiros biomédicos da Tufts, liderada pelo professor associado Qiaobing Xu, procurou encontrar uma maneira de empacotar o "kit" de edição de genes para que pudesse ser injetado para fazer seu trabalho dentro do corpo em células-alvo, em vez de em um laboratório.

Dessa forma, eles usaram nanopartículas lipídicas (LNPs), pequenas "bolhas" de moléculas lipídicas que podem envolver as enzimas de edição e levá-las a células, tecidos ou órgãos específicos. Os lipídios são moléculas que incluem uma longa cauda de carbono, que ajuda a dar-lhes uma consistência "oleosa", e uma cabeça hidrofílica, que é atraída para um ambiente aquoso.

Geralmente, há também uma ligação à base de nitrogênio, enxofre ou oxigênio entre a cabeça e a cauda. Os lipídios se organizam em torno das nanopartículas de bolhas com as cabeças voltadas para fora e as caudas voltadas para dentro em direção ao centro.

Por meio desse procedimento a equipe de Xu conseguiu modificar a superfície desses LNPs para que eles possam eventualmente "aderir" a certos tipos de células, se fundir com suas membranas e liberar as enzimas de edição de genes nas células para fazer seu trabalho. Isso porque para fazer um LNP direcionado requer alguma elaboração química.

Após criar uma mistura de diferentes cabeças, caudas e linkers, os pesquisadores podem selecionar, primeiro no laboratório, uma ampla variedade de candidatos quanto à sua capacidade de formar LNPs que visam células específicas. Os melhores candidatos podem então ser testados em modelos de camundongos e ainda modificados quimicamente para otimizar o direcionamento e a entrega das enzimas de edição de genes às mesmas células no camundongo.

"Nós criamos um método para adaptar o pacote de entrega para uma ampla gama de terapêuticas potenciais, incluindo edição de genes", disse Xu. "Os métodos baseiam-se na química combinatória usada pela indústria farmacêutica para projetar os próprios medicamentos, mas, em vez disso, estamos aplicando a abordagem para projetar os componentes do veículo de entrega. "

Formando uma modelagem química, Xu e sua equipe utilizaram um neurotransmissor na cabeça de alguns lipídios para ajudar as partículas a cruzar a barreira sangue-cérebro, que de outra forma seria impermeável a conjuntos de moléculas tão grandes quanto um LNP.


A capacidade de fornecer medicamentos com segurança e eficiência através da barreira e no cérebro tem sido um desafio de longa data na medicina. E, o laboratório de Xu conseguiu entregar um complexo inteiro de RNAs mensageiros e enzimas que compõem o kit CRISPR em áreas específicas do cérebro de um animal vivo.

Certas modificações pequenas nos ligantes lipídicos e caudas ajudaram a criar LNPs que poderiam entregar ao cérebro a pequena molécula antifúngica anfotericina B, usada para tratamento de meningite e um fragmento de DNA que se liga e desliga o gene que produz a proteína tau ligada a doença Alzheimer.

Recentemente, Xu e sua equipe criaram LNPs para entregar pacotes de edição de genes em células T em camundongos. As células T podem ajudar na produção de anticorpos, destruir as células infectadas antes que os vírus possam se replicar e se espalhar e regular e suprimir outras células do sistema imunológico.

A criação de LNPs se fundem com as células T no baço ou no fígado, local em que normalmente residem, para entregar o conteúdo de edição de genes, que pode então alterar a composição molecular e o comportamento da célula T. Isso significa um primeiro passo no processo de não apenas treinar o sistema imunológico, como se faz com uma vacina, mas também projetá-lo para combater melhor as doenças.

A abordagem de Xu para editar genomas de células T é muito mais direcionada, eficiente e provavelmente mais segura do que os métodos tentados até agora usando vírus para modificar seu genoma. "Ao direcionar as células T, podemos explorar um ramo do sistema imunológico que tem uma enorme versatilidade no combate a infecções, proteção contra o câncer e modulação da inflamação e autoimunidade", explica o pesquisador.


Explorando ainda mais o mecanismo pelo qual os LNPs podem encontrar seu caminho para seus alvos no corpo, Xu e sua equipe, em experimentos direcionados às células dos pulmões, descobriram que as nanopartículas captavam proteínas específicas na corrente sanguínea após a injeção. Além disso, as proteínas, agora incorporadas à superfície dos LNPs, tornaram-se o principal componente que ajudou os LNPs a se agarrarem ao seu alvo. Essas informações podem ajudar a melhorar o projeto de futuras partículas de entrega.

Apesar dos resultados já terem sido demonstrados em ratos, o pesquisador Xu esclarece que mais estudos e ensaios clínicos serão necessários para determinar a eficácia e segurança do método de entrega em humanos.

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Fonte: Engenharia É

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