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Uma técnica recém-descoberta, relatada na revista nanoescalaoferece uma maneira de baixo custo para aumentar a eficácia dos medicamentos existentes.
“Se você pegar areia e aquecê-la a 500 graus Celsius, nada muda”, disse Bradley Smith, Emil T. Hofman, professor de ciências da Universidade de Notre Dame. Assim, Smith, que também é diretor do Centro de Imagem Integrado de Notre Dame, ficou intrigado quando Canjia Zhai e Cassandra Shaffer, duas estudantes de doutorado do Departamento de Química e Bioquímica que trabalhavam em seu laboratório, descobriram que haviam alterado a estrutura das partículas de sílica – o principal componente da areia – a 80 graus Celsius, uma temperatura semelhante à de uma xícara de café.
A descoberta aconteceu por acaso. As partículas eram microscopicamente pequenas – um milésimo do diâmetro de um fio de cabelo humano. Mas, como suas contrapartes maiores marcadas como “sílica gel” em embalagens anexadas a novas peças de roupa, essas partículas eram porosas e podiam reter uma substância química. Nesse caso, esse produto químico era um corante azul usado para detectar tumores em camundongos.
O novo corante, desenvolvido no laboratório de Smith, demorava muito para entrar nos poros estreitos das partículas. Então, para fazer as moléculas se moverem mais rapidamente, Shaffer e Zhai aqueceram a mistura quase fervendo e a deixaram durante a noite. Quando voltaram no dia seguinte, puderam ver que as partículas haviam ficado azuis.
Para confirmar que o corante foi totalmente infundido, Shaffer e Zhai contaram com a ajuda de Tatyana Orlova e Maksym Zhukovskyi, especialistas em microscopia do Notre Dame Integrated Imaging Facility.
Orlova e Zhukovskyi produziram imagens de microscopia eletrônica de alta resolução que mostraram que não apenas o corante foi infundido, mas as próprias partículas de sílica mudaram de forma. As partículas originais eram esferas solitárias levemente pontilhadas de poros como a casca de uma laranja. As novas estruturas eram esféricas e compostas de glóbulos menores preenchidos com corante. Eles também tinham pequenas aberturas aqui e ali que revelavam um núcleo oco no interior. A unidade geral parecia uma framboesa oca.
Após a surpresa da descoberta inicial, surgiram várias questões práticas. Que outros produtos químicos os pesquisadores poderiam carregar em partículas semelhantes em forma de framboesa? E, mais importante, esses produtos químicos permaneceriam ativos mesmo depois que suas estruturas circundantes mudassem de forma?
O colega estudante de doutorado Jordan Chasteen respondeu a essas perguntas, repetindo o processo usando uma droga contra o câncer. Após uma série de testes, ele confirmou que a droga contra o câncer carregada nas partículas ainda estava ativa e capaz de matar células cancerígenas.
Esta descoberta oferece uma nova ferramenta para tornar os medicamentos existentes mais eficazes, disse Smith.
“O que temos agora é uma maneira de percorrer todo o catálogo de medicamentos contendo amina e, seguindo as etapas simples que descobrimos, podemos criar novas versões de medicamentos existentes que podem ser mais eficazes ou ter menos efeitos colaterais indesejados, ” ele disse.
Smith e seus alunos descobriram que mudanças sutis no procedimento de carregamento permitem variar a espessura das partículas, oferecendo uma série de novas opções para ajustar as partículas para liberar drogas em taxas diferentes. A estrutura única da nova partícula também pode tornar possível carregá-la com mais de um ingrediente – por exemplo, uma droga na camada externa e um corante dentro da “framboesa” – para aumentar a capacidade dos pesquisadores de observar a maneira como as drogas são liberadas. .
Além disso, a nova partícula, diz Smith, também lança luz sobre um fenômeno biológico pouco compreendido conhecido como biomineralização.
“Descobrimos que as drogas contendo amina têm certos atributos químicos que aceleram o processo de degradação e reforma da sílica, e pensamos que é semelhante ao que ocorre na natureza”, disse ele. Smith cita como exemplo as diatomáceas, uma espécie de plâncton microscópico, e suas delicadas conchas vítreas formadas de sílica.
“Esses microrganismos têm mecanismos que permitem pegar a areia e remodelá-la em suas conchas”, diz. “E eles claramente fazem isso em temperaturas relativamente baixas usando moléculas orgânicas. O que descobrimos é potencialmente parte da química por trás desse processo.”
À medida que Smith e seu laboratório continuam inovando, eles se inspiram tanto na natureza quanto nas descobertas feitas no laboratório. “A grande lição aqui”, diz ele, “é que podemos descobrir no laboratório como os processos naturais funcionam e, então, podemos usar esse conhecimento e imitar esses processos para projetar algo completamente novo”.
Esta descoberta foi possível graças ao financiamento da National Science Foundation e do National Institutes of Health.
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