Pesquisadores da NUS estão desenvolvendo nanopartículas com código de barras de DNA para terapia direcionada ao câncer

Pesquisadores da NUS estão desenvolvendo nanopartículas com código de barras de DNA para terapia direcionada ao câncer

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveu um novo método para melhorar a precisão do tratamento do câncer usando nanopartículas de ouro marcadas com códigos de barras de DNA.

Liderado pelo professor assistente Andy Tay, do Departamento de Engenharia Biomédica da Faculdade de Design e Engenharia e do Instituto de Inovação e Tecnologia em Saúde da NUS, o estudo demonstra o aquecimento de células tumorais durante a terapia fototérmica. Esses resultados revelaram as diferentes preferências das células tumorais por determinadas configurações de nanopartículas, o que poderia permitir o desenvolvimento de tratamentos personalizados contra o câncer, mais seguros e eficazes.

A nova técnica da equipe, revelada em um artigo publicado emMateriais funcionais avançadosEm 24 de novembro de 2024, permite a triagem de alto rendimento de formatos, tamanhos e alterações de nanopartículas, reduzindo os custos de triagem associados. Além do tratamento do câncer, o método tem aplicações terapêuticas mais amplas, incluindo entrega de RNA e direcionamento de doenças em nível específico de órgão.

Tamanho e forma são importantes

O ouro é mais do que apenas jóias. Quando as nanopartículas de ouro são reduzidas a cerca de um milésimo da largura de um fio de cabelo humano, elas brilham como agentes terapêuticos para a terapia do câncer. Por exemplo, manchas do metal precioso são usadas na terapia fototérmica, na qual partículas entregues ao local do tumor convertem comprimentos de onda específicos de luz em calor, matando as células cancerígenas circundantes. As nanopartículas de ouro também podem servir como mensageiros de medicamentos para entregar medicamentos diretamente a locais específicos dentro de um tumor.

No entanto, para que estas nanopartículas de ouro funcionem, elas devem primeiro entrar com sucesso nos locais alvo. Pense nisso como um entregador com uma chave especial - se a chave não couber na fechadura, o pacote não passará. “

Professor Assistente Andy Tay, Departamento de Engenharia Biomédica, Faculdade de Design e Engenharia e Instituto de Inovação e Tecnologia em Saúde da NUS

Para atingir este nível de precisão, o design correto das nanopartículas deve ser encontrado – a sua forma, tamanho e propriedades de superfície devem corresponder às preferências das células-alvo. No entanto, os métodos de triagem existentes para determinar projetos ideais são como procurar agulhas num palheiro. Além disso, estes métodos muitas vezes ignoram as preferências dos diferentes tipos de células dentro de um tumor, desde células imunes a endoteliais até células cancerígenas.

Para enfrentar esses desafios, os pesquisadores da NUS recorreram ao código de barras do DNA. Cada nanopartícula é marcada com uma sequência única de DNA, o que permitiu aos pesquisadores marcar e rastrear designs individuais, semelhante a registrar um pacote pronto para ser enviado pelo correio em um sistema de entrega. É importante ressaltar que esses códigos de barras permitiram que a equipe monitorasse simultaneamente vários designs de nanopartículas in vivo porque suas sequências poderiam ser facilmente extraídas e analisadas para identificar a localização das nanopartículas no corpo.

“Usamos a funcionalização do tiol para ancorar com segurança os códigos de barras do DNA à superfície das nanopartículas de ouro.

Para demonstrar isso, os pesquisadores apresentaram nanopartículas em seis formatos e tamanhos diferentes, onde foram monitoradas sua distribuição e absorção em diferentes tipos de células. Eles descobriram que, apesar da fraca aceitação em estudos de cultura celular, as nanopartículas redondas eram excelentes para tumores em modelos pré-clínicos porque tinham menos probabilidade de serem eliminadas pelo sistema imunitário. Por outro lado, nanopartículas triangulares surgiram de testes in vitro e in vivo, resultando em alta absorção celular e fortes propriedades fototérmicas.

Tornando os tratamentos contra o câncer mais seguros

O trabalho da equipe ilumina as interações entre nanopartículas em sistemas biológicos e a necessidade de colmatar as discrepâncias entre descobertas in vitro e in vivo, como evidenciado pelas nanopartículas redondas de ouro reveladas pelas nanopartículas redondas de ouro. Essas descobertas poderiam orientar o desenvolvimento de nanopartículas que mudam de forma ou designs intermediários adaptados para otimizar diferentes estágios de administração de medicamentos.

Além disso, a pesquisa ilumina o potencial inexplorado para explorar formas de nanopartículas além das esferas que dominam aquelas aprovadas pela Food and Drug Administration dos EUA. O método de código de barras de DNA dos pesquisadores também poderia se estender a outras nanopartículas inorgânicas, como ferro e sílica in vivo, ampliando o escopo para distribuição de medicamentos e medicina de precisão.

Olhando para o futuro, os pesquisadores estão expandindo sua biblioteca de nanopartículas em 30 projetos para identificar candidatos que possam atingir organelas subcelulares. Os adequados são então testados quanto à sua eficácia no silenciamento de genes e na terapia fototérmica para o câncer de mama. O Asst Prof Tay também compartilhou que as descobertas podem melhorar significativamente nossa compreensão da biologia do RNA e o avanço das técnicas de entrega de RNA, que estão sendo cada vez mais aplicadas na terapêutica para tratar várias doenças.

“Enfrentamos um desafio importante no tratamento do câncer – apresentar medicamentos específicos para tecidos cancerígenos com maior eficiência”, disse Asst Prof Tay. "O calcanhar de Aquiles dos medicamentos existentes à base de nanopartículas é a suposição de distribuição uniforme em todos os órgãos, mas a realidade é que diferentes órgãos respondem de maneira diferente. Projetar nanopartículas com formato ideal para direcionamento específico de órgãos melhora a segurança e a eficácia dos nanoterapêuticos do câncer para o tratamento do câncer - e muito mais."

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