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Um novo ultrassom biodegradável muito mais poderoso do que os dispositivos anteriores pode tornar os cânceres cerebrais mais tratáveis, relatam pesquisadores da Universidade de Connecticut na edição de 14 de junho da Avanços da Ciência.
O câncer cerebral afeta mais de 24.000 pessoas nos EUA todos os anos, e mais de 18.000 americanos morrerão de um em 2023, de acordo com a American Cancer Society.
Quando alguém é diagnosticado com um tumor cerebral cancerígeno, geralmente é removido cirurgicamente e, em seguida, a quimioterapia é usada para limpar as células cancerígenas restantes deixadas para trás. Mas os cânceres cerebrais são particularmente resistentes à quimioterapia porque o revestimento dos vasos sanguíneos impede a passagem de grandes moléculas que poderiam prejudicar o cérebro. Isso também evita que quimio-drogas úteis e outras terapêuticas matem células cancerígenas cerebrais e tratem outras doenças cerebrais. Uma maneira segura e eficaz de ultrapassar a barreira hematoencefálica, como é conhecida, é usar o ultrassom para sacudir as células o suficiente para abrir poros grandes o suficiente para permitir a passagem do medicamento.
Mas passar o ultrassom pelo grosso crânio humano não é fácil. Geralmente, vários dispositivos de ultrassom poderosos devem ser colocados estrategicamente ao redor do crânio e cuidadosamente focados no local do tumor com uma máquina de ressonância magnética imediatamente após a administração da quimioterapia no hospital. O processo leva de cinco a seis horas e o poderoso ultrassom pode ser prejudicial ao tecido. Raramente é feito mais de uma vez, embora a maioria dos pacientes com câncer cerebral agressivo receba quimioterapia por meses. A aplicação de ultrassom toda vez que o paciente recebesse quimioterapia seria muito mais eficaz. Mas como o processo de ressonância magnética e ultrassom é tão complicado, raramente é realizado.
“Podemos evitar tudo isso usando um dispositivo implantado” dentro do próprio cérebro, diz o engenheiro biomédico Thanh Nguyen. “Podemos usá-lo repetidamente, permitindo que a quimioterapia penetre no cérebro e mate as células tumorais.” Já existe um aparelho de ultrassom implantável disponível comercialmente, mas ele é feito de materiais cerâmicos potencialmente tóxicos e deve ser removido cirurgicamente após o término do tratamento.
O laboratório de Nguyen é especializado em polímeros piezoelétricos biodegradáveis. Piezoelétrico significa que um material vibra quando uma pequena corrente elétrica passa por ele. Eles já haviam construído um implante cerebral de ultrassom piezoelétrico seguro e biodegradável antes, mas não era tão poderoso quanto a cerâmica piezoelétrica tradicional. Assim, o laboratório Nguyen com os alunos de pós-graduação Thinh T. Le e Meysam Chorsi, co-orientado pelo professor de engenharia Horea Ilies e pelo reitor de engenharia Kazem Kazerounian, juntamente com o pós-doutorando Feng Lin, usaram uma técnica totalmente nova para produzir um ultrassom de polímero biodegradável, assim como poderosos como os feitos de cerâmica.
A equipe queria usar cristais de glicina, um aminoácido que é uma proteína comum no corpo e recentemente se descobriu ser fortemente piezoelétrico. A glicina é segura e biodegradável, mas muito; dissolve-se rapidamente na água. Os cristais piezoelétricos de glicina também são quebradiços e quebram facilmente, tornando o manuseio do material e a fabricação de um dispositivo de ultrassom útil extremamente desafiador.
Os pesquisadores criaram uma nova solução. Eles cultivaram cristais de glicina e os quebraram intencionalmente em pedaços de apenas algumas centenas de nanômetros. Eles então os giraram (sob alta voltagem em um processo chamado eletrofiação) com policaprolactona (PCL), um polímero biodegradável, para fazer filmes piezoelétricos compostos de nanofibras de glicina e PCL. Sob uma pequena voltagem (~ 0,15 Vrms), o filme pode gerar ultrassom a 334 kilo-Pascals, aproximadamente o mesmo que um implante cerebral de ultrassom de cerâmica. A equipe reveste o filme de glicina-PCL em outros polímeros biodegradáveis para protegê-lo. O poli-L-lactídeo (PLLA), um revestimento possível, leva aproximadamente seis semanas para se decompor.
Os pesquisadores testaram o dispositivo em camundongos com câncer no cérebro. Eles trataram os camundongos com PTX (paclitaxel), uma potente substância química quimioterápica que é eficaz contra o câncer cerebral, mas difícil de ultrapassar a barreira hematoencefálica. O ultrassom glicina-PCL permitiu com sucesso que o PTX contornasse a barreira hematoencefálica – os tumores encolheram e o tratamento dobrou o tempo de vida de camundongos com câncer cerebral em comparação com os camundongos que não receberam tratamento. O tratamento combinado de ultrassom glicina-PCL + PTX também foi muito mais eficaz para os camundongos do que o tratamento com PTX sozinho, ou PTX e ultrassom da versão original menos poderosa do dispositivo de ultrassom biodegradável do laboratório Nguyen, baseado em PLLA.
Além da eficácia terapêutica já mencionada, a equipe já fez uma avaliação de segurança de seis meses do dispositivo implantado no cérebro e constatou que não teve efeitos adversos na saúde dos camundongos. Eles agora começarão a testar a segurança e a eficácia em animais de grande porte.
Esta pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) concede R21NS116095 e RO1NS131310 ao laboratório Nguyen.
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