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À medida que envelhecemos, nossos corpos mudam e degeneram ao longo do tempo em um processo chamado senescência. As células-tronco, que têm a capacidade única de se transformar em outros tipos de células, também sofrem senescência, o que representa um problema ao tentar manter culturas de células para uso terapêutico. As biomoléculas produzidas por essas culturas de células são importantes para vários medicamentos e tratamentos, mas uma vez que as células entram em um estado senescente, elas param de produzi-las e, pior, passam a produzir biomoléculas antagônicas a essas terapêuticas.
Embora existam métodos para remover células mais antigas em uma cultura, a taxa de captura é baixa. Em vez de remover células mais velhas, impedir que as células entrem em senescência em primeiro lugar é uma estratégia melhor, de acordo com Ryan Miller, pós-doutorando no laboratório de Hyunjoon Kong (líder do M-CELS/EIRH/RBTE), professor de química e engenharia biomolecular.
“Trabalhamos com células-tronco mesenquimais, que são derivadas do tecido adiposo, e produzem biomoléculas essenciais para a terapêutica, por isso queremos manter as culturas celulares saudáveis. Em um ambiente clínico, a forma ideal de prevenir a senescência seria condicionar o ambiente em que essas células-tronco estão, para controlar o estado oxidativo”, disse Miller. “Com os antioxidantes, você pode tirar as células desse estado senescente e fazê-las se comportar como uma célula-tronco saudável”.
Embora o tratamento das células com antioxidantes possa atrasar a senescência, os métodos atuais de administração de antioxidantes têm muitas deficiências, incluindo grande variação na quantidade de liberação do fármaco ao longo do tempo e entre as células. No entanto, um estudo publicado recentemente pelos laboratórios de Kong e Hee-Sun Han (GNDP/IGOH), um professor assistente de química, com Miller como primeiro autor, descreve um novo método de entrega de antioxidantes para células-tronco que é confiável, de longo prazo duradouro e minimiza a variação.
O novo método utiliza antioxidantes na forma de cristais estabilizados por polímeros. Métodos tradicionais cultivam cristais dentro de reatores, mas usando microfluídica, uma tecnologia que permite aos pesquisadores trabalhar com quantidades incrivelmente pequenas de fluido, os pesquisadores podem criar cristais com o mesmo tamanho e dosagem, minimizando a variação na liberação de drogas entre as células. “Com a microfluídica, cada gota funciona como um pequeno reator, de modo que podemos obter cristais individuais pequenos e de tamanho semelhante, o que minimiza a variação na taxa de liberação da droga”. disse Miller. Além disso, os cristais se dissolvem a uma taxa mais lenta do que os métodos tradicionais, tornando a liberação do medicamento uniforme ao longo do tempo e aumentando a duração da eficácia do medicamento.
“Aprendemos que a variação estreita no perfil de liberação da droga é realmente importante”, explicou Han. “Quando você adiciona drogas que se dissolvem na água, há um período de ruptura em que muito disso se dissolve no líquido de uma só vez, e não muito depois. Mas o cristal permite essa liberação uniforme e prolongada, que ajuda a manter a faixa estreita de ideal concentrações necessárias”.
“Quando antioxidantes típicos são colocados em água ou fluido biológico, eles perdem sua atividade vital em seis horas”, descreveu Kong. “Mas o novo cristal antioxidante permanece bioativo por pelo menos dois dias, então podemos realmente estender a duração da droga e também reduzir a frequência com que temos que adicionar antioxidantes ao meio de cultura celular. Isso minimiza a variação no tipo das biomoléculas que as células-tronco estão gerando e melhora a reprodutibilidade do produto, que é um dos maiores desafios da biofabricação no momento.”
O aumento da duração da eficácia da droga significa que as culturas de células-tronco podem ser mantidas fora do estado de senescência por mais tempo, o que leva a uma colheita maior das biomoléculas necessárias para a terapêutica. Miller também diz que este método pode ser usado para tratamentos com células-tronco derivadas de pacientes, onde as biomoléculas do próprio corpo do paciente são usadas para ajudar com várias doenças teciduais, como lesões ou doenças.
“Quando usamos biomoléculas de doadores em vez do paciente, isso pode ter um efeito de hospedeiro”, explicou Miller. “Idealmente, colheríamos células-tronco do paciente que estamos tratando, cultivaríamos em um biorreator e colheríamos essas biomoléculas para essa terapêutica. Isso funciona bem para alguém de 20 anos, mas se imaginarmos um paciente idoso, eles vamos ter uma alta população dessas células senescentes, que não vão secretar as biomoléculas terapeuticamente relevantes. Se pudermos tirar essas células desse estado e fazê-las se comportar como uma célula saudável, podemos obter um número muito maior carga de biomoléculas terapeuticamente relevantes para o paciente.”
A equipe diz que, embora deseje continuar a melhorar o processo de biofabricação, já existem muitos usos potenciais para essa metodologia, além da entrega controlada de antioxidantes para culturas de células-tronco. A maioria das células experimenta senescência, portanto esta técnica pode ser aplicada a outras culturas de células importantes na medicina e na terapêutica. Além disso, os cristais podem ser usados para fornecer níveis sustentados e controlados de antioxidantes, ou potencialmente outras drogas, diretamente no tecido-alvo de um paciente.
“Acho que a beleza aqui é que este é um documento de desenvolvimento de tecnologia, portanto, pode ser aplicado a várias drogas hidrofílicas, modelos de doenças e aplicações de métodos”, disse Han. “Estamos mostrando que podemos manter uma liberação sustentada dessa droga a uma taxa relativamente constante por um longo período de tempo. Há muitos estudos e direções interessantes que podemos seguir com essa tecnologia”.
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