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Nanossensores têm como alvo enzimas para monitorar e estudar o câncer

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sábado, 5 novembro 2022 15:15

Áreas

Biologia. Biomarcadores. Biomedicina. Bioquímica. Biotecnologia. Diagnóstico. Hematologia. Medicina de Precisão. Microbiologia. Nanotecnologia. Oncologia. Patologia. Saúde Pública.

O câncer é caracterizado por uma série de processos biológicos importantes conhecidos como ‘marcas do câncer’, que remodelam as células e seu ambiente para que os tumores possam se formar, crescer e prosperar. Muitas dessas mudanças são mediadas por genes e proteínas específicos, trabalhando em conjunto com outros processos celulares, mas as especificidades variam de tipo de câncer para tipo de câncer e até de paciente para paciente.

Ferramentas sensíveis para medir a expressão de proteínas ou genes, mesmo ao nível de uma única célula, ajudaram os pesquisadores a entender os diferentes tipos de células presentes no microambiente de um tumor e como essa composição muda após os tratamentos. No entanto, esses ensaios não mostram necessariamente quais proteínas são ativas ou relevantes para a progressão do tumor ou permitem que os médicos monitorem de forma não invasiva o progresso da doença ou sua resposta ao tratamento. Uma proteína pode estar presente em uma célula cancerosa como espectadora, por exemplo, mas não como participante ativa em suas transformações celulares. As enzimas, que catalisam reações bioquímicas dentro das células, podem fornecer uma imagem mais clara de quais genes ou proteínas devem ser direcionados em um determinado momento.

Em um trabalho publicado recentemente na revista científica Nature Communications, pesquisadores do Koch Institute for Integrative Cancer Research do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram um conjunto de ferramentas em nanoescala direcionadas a enzimas para monitorar a progressão do câncer e a resposta ao tratamento em tempo real, mapear a atividade enzimática para locais precisos dentro de um tumor e isolar populações de células relevantes para análise.

“Esperamos que este novo conjunto de ferramentas possa ser útil na clínica e no laboratório”, disse a Dra. Sangeeta Bhatia, professora de Ciências da Saúde e Tecnologia e também de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT e autora sênior do estudo. “Com mais desenvolvimento, os nanossensores podem ser usados ​​por médicos para adaptar tratamentos para o câncer específico de um paciente e para monitorar a progressão do câncer e a resposta ao tratamento, enquanto os pesquisadores podem usá-los para entender melhor a biologia molecular do câncer e desenvolver novas ferramentas para diagnosticar, rastrear e tratar a doença”.

O estudo, realizado em colaboração com o laboratório do Dr. Tyler Jacks, foi liderado por Ava Amini, ex-aluna de pós-graduação do laboratório da professora Sangeeta Bhatia, e pelo pós-doutorando Jesse Kirkpatrick, também do laboratório da pesquisadora.

Rastreamento de tumores em tempo real

Por vários anos, o laboratório da professora Sangeeta Bhatia vem desenvolvendo testes de urina não invasivos para a detecção de câncer, incluindo câncer de cólon, ovário e pulmão. Os testes contam com nanopartículas que interagem com proteínas tumorais chamadas proteases. As proteases são um tipo de enzima que atua como tesoura molecular para clivar proteínas e decompô-las em componentes menores. As proteases ajudam as células cancerígenas a escapar dos tumores cortando a rede extracelular de proteínas que mantém as células no lugar.

As nanopartículas são revestidas com peptídeos (fragmentos curtos de proteínas) que visam proteases ligadas ao câncer. Quando as nanopartículas chegam ao local do tumor, os peptídeos são cortados e liberam biomarcadores que podem ser detectados na urina.

No estudo atual, os pesquisadores testaram se poderiam usar essa tecnologia não apenas para detectar o câncer, mas para rastrear o desenvolvimento do câncer e sua resposta aos tratamentos com precisão e sensibilidade ao longo do tempo. A equipe criou um painel de 14 nanopartículas projetadas para atingir proteases superexpressas em câncer de pulmão de células não pequenas induzido em um modelo de camundongo.

Cada nanossensor foi capaz de rastrear diferentes padrões de atividade de protease, que mudaram drasticamente à medida que o tumor progredia. Após o tratamento com um medicamento direcionado ao câncer de pulmão, os pesquisadores conseguiram encontrar sinais de regressão do tumor rapidamente, em apenas três dias após a administração do tratamento.

Mapas celulares e populações

Embora a técnica de nanossensores existente possa ser usada para rastrear a progressão do tumor e a resposta ao tratamento em geral, por si só, ela não pode esclarecer o processo celular específico em ação.

“Como muitas das ferramentas disponíveis para avaliar marcadores moleculares de câncer, nosso teste de urina trata o corpo como uma caixa preta. Enquanto obtemos algumas informações sobre o estado da doença, queríamos saber mais sobre as células ou proteínas que estão fazendo com que a doença se comporte de uma maneira particular”, explicou Jesse Kirkpatrick.

Tendo identificado nanossensores de interesse, os pesquisadores mapearam onde no microambiente tumoral as enzimas que atuam nesses sensores estavam ativas. Eles adaptaram suas nanossondas para deixar marcas fluorescentes quando são clivadas pelo nanossensor, atribuindo diferentes marcas a diferentes proteases. Depois de aplicar as nanossondas em amostras de tecido pulmonar, eles procuraram padrões em como as marcas foram distribuídas.

Uma marca resultou em um curioso padrão fusiforme que acabou por pertencer à vasculatura do tumor. Os pesquisadores identificaram a atividade da protease em tipos específicos de células: células endoteliais, que revestem os vasos sanguíneos, e pericitos, que regulam a função vascular e são ativamente recrutados na angiogênese – uma das marcas arquetípicas do crescimento de células cancerígenas. A angiogênese permite que as células tumorais recrutem os vasos sanguíneos existentes e estimulem a formação de novos, a fim de obter os nutrientes necessários para a formação e progressão do tumor.

Usando suas nanossondas para rotular e classificar células com base em sua atividade enzimática, a equipe identificou populações de células associadas à vasculatura que apresentavam expressão aumentada de genes relacionados à angiogênese. Os pesquisadores também encontraram evidências de sinalização entre os pericitos e as células endoteliais que, juntas, compreendem os vasos sanguíneos angiogênicos no tecido vascular.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Bendta Schroeder e Erika Reinfeld, Koch Institute, MIT. Imagem: Pesquisadores projetaram nanossondas direcionadas para medir a atividade enzimática em locais altamente específicos no tecido canceroso. A imagem mostra as sondas (vermelhas) localizadas nos vasos sanguíneos (verde) dentro dos tumores de câncer de pulmão, onde as enzimas ativas ajudam os vasos recém-recrutados a alimentar o tumor em crescimento. Fonte: Divulgação, MIT.

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