Aproveitando exossomos e hidrogéis para cicatrização avançada de feridas diabéticas

Diabetes, uma condição disseminada que afeta aproximadamente 13% dos adultos americanos, é frequentemente acompanhada por complicações como cicatrização prejudicada de feridas. Se não for controlada, isso pode levar a resultados graves, incluindo a necessidade de amputação.

O desafio de encontrar tratamentos eficazes para feridas diabéticas tem se tornado cada vez mais urgente. Essas feridas são marcadas por inflamação prolongada, falta de oxigênio e formação de vasos sanguíneos interrompida, o que contribui para a recuperação tardia. No entanto, uma nova fronteira na pesquisa biomédica está apontando para os exossomos como uma solução potencial.

Uma equipe da NYU Langone e NYU Tandon, incluindo Jin Kim Montclare, começou a explorar exossomos, pequenas vesículas ligadas à membrana, como ferramentas promissoras para a cura. Essas nanovesículas carregam vários materiais biológicos — ácidos nucleicos, proteínas e lipídios — permitindo que eles mediam a comunicação intercelular e influenciem processos como o reparo de tecidos.

Os resultados foram publicados na revista Materiais biológicos aplicados da ACS.

Especificamente, exossomos derivados de células-tronco mesenquimais (MSCs), incluindo aquelas do tecido adiposo, demonstraram potencial significativo na promoção da cicatrização de feridas em modelos animais. Seus efeitos terapêuticos parecem derivar de sua capacidade de reduzir a inflamação e promover um ambiente favorável à cicatrização, aumentando a formação de vasos sanguíneos e estimulando a atividade de células como fibroblastos e células endoteliais, que são essenciais para o reparo do tecido.

Uma grande vantagem dos exossomos é sua capacidade de contornar alguns dos riscos associados às terapias tradicionais com células-tronco, como crescimento celular descontrolado ou rejeição imunológica. No entanto, apesar de sua promessa, os exossomos normalmente requerem administração repetida — seja por meio de injeções subcutâneas ou intravenosas — o que representa um desafio para o gerenciamento de feridas em longo prazo.

A equipe de Montclare tem explorado maneiras inovadoras de aumentar o potencial terapêutico dos exossomos, uma das quais envolve combiná-los com hidrogéis. Os hidrogéis, compostos de redes de polímeros reticulados, podem encapsular exossomos dentro de sua estrutura. Esse encapsulamento permite uma liberação mais sustentada e localizada de exossomos diretamente no local da ferida, sem a necessidade de injeções invasivas.

Os hidrogéis já são reconhecidos por sua biocompatibilidade e capacidade de hidratar feridas, tornando-os úteis como curativos de feridas por si só. Quando combinados com exossomos, sua eficácia terapêutica aumenta significativamente, especialmente para feridas diabéticas.

Estudos recentes mostraram que combinações de hidrogel-exossomo consistentemente levam a um fechamento de ferida mais rápido do que hidrogéis ou exossomos usados ​​sozinhos. Esses sistemas de hidrogel não são baseados em proteína, mas avanços recentes na tecnologia de hidrogel baseada em proteína abriram novas possibilidades para melhorar a cicatrização de feridas.

A Montclare desenvolveu um hidrogel à base de proteína, chamado de “Q”, que forma um gel em baixas temperaturas por meio de um processo chamado gelificação de temperatura crítica superior da solução (UCST). Este hidrogel à base de proteína se automonta em nanofibras, formando uma rede fisicamente reticulada que fornece resistência mecânica.

Ao ajustar a sequência de proteínas usando ferramentas computacionais avançadas, como a pontuação de Rosetta e os cálculos de potencial eletrostático de Poisson-Boltzmann, eles conseguiram melhorar as propriedades mecânicas, a estabilidade e a velocidade de formação do gel — fatores essenciais na criação de um curativo ideal.

Para levar essa abordagem mais adiante, eles projetaram uma variante do hidrogel Q, apelidada de Q5, usando métodos de seleção automatizados para otimizar sua estabilidade. Eles encapsularam exossomos dentro do Q5 para criar um novo sistema de hidrogel-exossomo, chamado Q5Exo. Este sistema oferece um curativo tópico e não invasivo que promete tratar feridas diabéticas de forma mais eficaz do que os métodos tradicionais, que dependem de injeções.

Em estudos usando modelos de camundongos diabéticos, o Q5Exo demonstrou uma redução significativa no tempo de cura quando aplicado topicamente em comparação com exossomos administrados por injeção. Isso sugere que os hidrogéis à base de proteína, com suas propriedades ajustáveis, podem se tornar uma plataforma poderosa para melhorar os resultados de cicatrização de feridas no diabetes.

À medida que a pesquisa avança, esses hidrogéis podem abrir caminho para uma nova geração de curativos biocompatíveis e eficientes que aproveitam o poder terapêutico dos exossomos.