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Uma molécula transportadora de medicamentos projetada para curar doenças ao passar pelas defesas naturais do pulmão oferece uma nova esperança para pessoas com doenças respiratórias crônicas ou mortais, dizem seus criadores, pesquisadores do Laboratório de Biomatéria Mole do professor assistente Liheng Cai na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Virgínia.
Cai e sua equipe, incluindo o estudante de doutorado em ciência de materiais e engenharia Baiqiang Huang e o estudante de doutorado em engenharia biomédica Zhi-Jian He, demonstraram com sucesso a eficácia do nanocarreador usando as “microvias aéreas humanas” do laboratório. O dispositivo captura as características geométricas e biológicas das vias aéreas humanas.
Eles descreveram suas descobertas em um artigo publicado em 27 de junho no periódico American Chemical Society ACS Nano.
Passando despercebido por nossas defesas
Nossos pulmões têm camadas de proteção que prendem e transportam patógenos ou partículas inaladas para fora do sistema respiratório para evitar que fiquemos doentes.
Toda vez que você assoa o nariz, o sistema está funcionando.
“Infelizmente, essas mesmas barreiras também impedem que os medicamentos cheguem às células-alvo, dificultando o tratamento de doenças como asma, doença pulmonar obstrutiva crônica e fibrose pulmonar”, disse Huang.
O novo polímero é chamado de polietilenoglicol de escova de garrafa, ou PEG-BB. Ele se move rapidamente através das ameias das vias aéreas imitando mucinas, uma glicoproteína natural responsável pelas propriedades do muco, que tem o mesmo formato de escova de garrafa — uma espinha dorsal central com um emaranhado de cerdas se estendendo para fora.
“Achamos que a flexibilidade e a geometria semelhante a um verme do suporte da escova de garrafa permitiriam que ela passasse pela malha apertada de muco e gel que envolve os cílios para ser internalizada pelas células epiteliais, onde os medicamentos precisam agir”, disse Huang.
Cílios são estruturas semelhantes a pelos na superfície das células. Eles se movem em conjunto com o muco para repelir e expelir corpos estranhos.
Para testar sua hipótese, a equipe cultivou células epiteliais das vias aéreas humanas em seu dispositivo. Eles introduziram moléculas fluorescentes de PEG-BB nas células de duas direções.
Eles então usaram um corante que pode penetrar no muco e nas camadas periciliares — sendo esta última o gel que envolve os cílios. Eles não tingiram as paredes das células epiteliais, o que ajudou a marcar os limites do epitélio.
Usando um microscópio especializado e uma sala escura para tornar as imagens mais nítidas, eles conseguiram ver o quão bem as moléculas brilhantes da escova de garrafa se moveram através das células.
Uma série de sucessos recentes
“As vias aéreas micro-humanas são basicamente um lar equivalente para o crescimento das células”, disse Huang.
“Suas semelhanças biológicas nos permitem estudar a defesa pulmonar humana, sem causar danos aos seres vivos”, acrescentou Cai, cujo laboratório é especializado no desenvolvimento de novos polímeros para escovas de garrafa para uma variedade de usos, muitos deles ultrapassando os limites da medicina de precisão.
Por exemplo, seu programa de bioimpressão produziu recentemente o que pode ser o primeiro bloco de construção 3D para impressão de órgãos sob demanda. Ele também acaba de ganhar um prestigioso prêmio Maximizing Investigator’s Research Award de US$ 1,9 milhão do National Institutes of Health, um dos vários reconhecimentos de estrelas em ascensão de sua carreira.
As descobertas do PEG-BB representam mais um na série de sucessos do laboratório.
“Acreditamos que essa inovação não apenas promete melhores tratamentos para doenças pulmonares com efeitos colaterais reduzidos, mas também abre possibilidades para o tratamento de condições que afetam as superfícies mucosas de todo o corpo”, disse Cai.
O próximo passo do laboratório é testar a capacidade do PEG-BB de transportar moléculas de fármacos através de uma barreira de muco. A equipe está experimentando modelos in vitro e in vivo em camundongos.
Publicação
Nanocarreadores de polietilenoglicol Bottlebrush são translocados através do epitélio das vias aéreas humanas por meio de endocitose aprimorada pela arquitetura molecular foi publicado em 27 de junho de 2024 em ACS Nano.
Este trabalho recebeu financiamento da National Science Foundation, UVA LaunchPad for Diabetes, UVA Coulter Center for Translational Research, Juvenile Diabetes Research Foundation, Virginia’s Commonwealth Health Research Board e do UVA Center for Advanced Biomanufacturing.
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