Em camundongos, nanocarreadores derivados naturalmente reduzem a inflamação pulmonar, dano tecidual

Nanotransportadores terapêuticos projetados a partir de células adultas da pele podem conter a inflamação e lesão tecidual em pulmões de camundongos danificados, mostra uma nova pesquisa, sugerindo a promessa de um tratamento para pulmões gravemente feridos por infecção ou trauma.

Os pesquisadores fizeram experimentos em culturas de células e camundongos para demonstrar o potencial terapêutico dessas nanopartículas, que são vesículas extracelulares semelhantes às que circulam na corrente sanguínea humana e fluidos biológicos que transportam mensagens entre as células.

A esperança é que uma gota de solução contendo esses nanocarreadores, entregue aos pulmões pelo nariz, possa tratar a síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA), uma das causas mais frequentes de insuficiência respiratória que leva os pacientes ao ventilador. Na SDRA, a inflamação descontrolada nos pulmões sobrecarrega tão seriamente o sistema imunológico que as células imunes são incapazes de atender à causa inicial do dano.

“Essas vesículas extracelulares seriam uma terapia alternativa para ARDS que dá uma chance de luta ao seu próprio sistema imunológico”, disse a autora sênior Natalia Higuita-Castro, professora associada de engenharia biomédica e neurocirurgia na Ohio State University. “O problema com SDRA é que você tem uma mudança no equilíbrio normal que favorece a inflamação. Ao introduzir os agentes anti-inflamatórios, você muda esse equilíbrio para um estágio mais nivelado, para que o sistema imunológico possa resolver o problema subjacente”.

O estudo foi publicado online recentemente na revista Materiais avançados.

Iniciar o processo de engenharia com células adultas da pele chamadas fibroblastos dérmicos é um segredo significativo para o sucesso dessa tecnologia, observou Higuita-Castro, também diretor de terapêutica avançada e engenharia no Instituto de Pesquisa do Coração e Pulmão da Faculdade de Medicina Davis.

Muitos nanotransportadores são projetados a partir de células-tronco ou progenitoras que podem se diferenciar em outros tipos de células, mas também possuem propriedades misteriosas que ainda não são totalmente compreendidas.

“Usar células da pele de animais adultos é muito importante para nós porque queríamos demonstrar a viabilidade de traduzir isso para ambientes clínicos, onde poderíamos ter uma célula doadora universal de pacientes adultos”, disse Higuita-Castro. “Os fibroblastos dérmicos estão facilmente disponíveis, podemos cultivá-los, são usados ​​na clínica para enxertos e cicatrização de feridas e não produzem uma resposta imune como a observada com outras fontes de células”.

Para criar as vesículas, os cientistas aplicam uma carga elétrica a uma célula de pele doadora para abrir temporariamente buracos em sua membrana e fornecer DNA obtido externamente para dentro. A célula doadora converte essa informação genética em uma das duas proteínas anti-inflamatórias, bem como em RNA mensageiro, moléculas que traduzem instruções para a fabricação de mais dessas proteínas funcionais.

Esses materiais são a carga dentro desses nanocarriers, cujas superfícies são marcadas com uma molécula que permite a interação com células específicas para melhorar sua retenção nos pulmões. Neste estudo, nanotransportadores separados foram embalados com uma das duas proteínas anti-inflamatórias, IL-4 ou IL-10, além de mRNA para as células receptoras no pulmão processarem e produzirem mais proteínas.

“As proteínas têm um efeito imediato, e a adição de mRNA dará um efeito mais sustentado”, disse Higuita-Castro, também membro do corpo docente do Instituto de Terapia Gênica do estado de Ohio.

As diferentes proteínas não foram combinadas em uma vesícula por um motivo: “Nossa visão para aplicações clínicas é ter uma plataforma de combinação e combinação, dependendo do que o paciente precisa”, disse ela. “Dessa forma, também poderíamos administrar doses mais baixas várias vezes, se necessário, e a re-dosagem com esses nanocarreadores será OK porque eles não desencadeiam uma resposta imune significativa”.

Experimentos de cultura de células sugeriram que essas vesículas poderiam ser usadas como pré-tratamento em pacientes doentes com alto risco de desenvolver SDRA. Estudos em camundongos mostraram seu potencial para ajudar pacientes que já estão gravemente doentes.

Depois que os camundongos foram injetados com uma molécula que desencadeou alta inflamação no pulmão, os pesquisadores deram a eles uma única gota de líquido carregada com nanocarreadores projetados que viajaram direto para os pulmões feridos e começaram a trabalhar. A inflamação foi reduzida como esperado, mas experimentos repetidos em animais mostraram que as vesículas também diminuíram os danos ao tecido pulmonar.

Ainda mais empolgante para Higuita-Castro foi a descoberta de que as células dos pulmões tratados secretavam substâncias com benefícios terapêuticos adicionais – incluindo antioxidantes e mais moléculas anti-inflamatórias.

“Honestamente, isso foi alucinante”, disse ela. “É um tratamento local porque é administrado por via intranasal e permanece no pulmão porque o projetamos dessa forma, mas tem esse efeito global que é realmente poderoso”.

Encontrar um tratamento seguro e eficaz para SDRA é uma necessidade médica significativa. O uso atual de ventiladores e esteróides vem com muitos efeitos colaterais e, embora a condição pulmonar perigosa costumava ser relativamente rara, o número de casos disparou durante a pandemia do COVID-19.

“A COVID-19 destacou a falta de opções terapêuticas eficazes para lesões pulmonares agudas em geral”, disse Higuita-Castro.

Há mais a ver com os nanotransportadores, incluindo a determinação de detalhes precisos de tudo o que eles podem fazer para reparar pulmões danificados e testar a terapia em animais maiores. Mas Higuita-Castro está otimista com o futuro da tecnologia.

“Essas vesículas extracelulares são nanopartículas derivadas naturalmente, e achamos que são ótimas porque a natureza é o melhor exemplo que poderíamos ter – já que teve milhões de anos para otimizar o sistema”, disse ela.