Historicamente, a grande maioria dos medicamentos foi cuidadosamente projetada até o nível atômico. A posição exata de cada átomo na molécula do medicamento é crucial para sua eficácia e segurança. Com o ibuprofeno, por exemplo, uma molécula é um analgésico eficaz, mas sua imagem espelhada é completamente inativa.
Cientistas da Northwestern University e do Massachusetts General Brigham Institute argumentam agora que esse controle preciso da estrutura, que é usado em medicamentos tradicionais, deve ser aproveitado para criar uma nova classe de nanomedicamentos eficazes que podem tratar algumas das doenças mais graves do mundo. Com os nanomedicamentos atuais, como as vacinas de mRNA, nenhuma partícula é igual à outra. Para garantir que todos os nanomedicamentos em um lote sejam consistentes e a versão mais eficaz, os cientistas estão desenvolvendo novas estratégias para ajustar suas estruturas com precisão.
Graças a esse controle, os cientistas podem otimizar a interação dos nanomedicamentos com o corpo humano. Esses novos designs levam a vacinas eficazes ou até mesmo curas para câncer, doenças infecciosas, doenças neurodegenerativas e doenças autoimunes.
A perspectiva é publicada em 25 de abril (sexta-feira) na revista Nature Reviews Bioengineering .
“Historicamente, a maioria dos medicamentos eram pequenas moléculas”, disse Chad A. Mirkin da Northwestern University , coautor do estudo. “Na era das pequenas moléculas, era crucial controlar a colocação de cada átomo e ligação dentro de uma estrutura específica. Um elemento mal posicionado poderia tornar todo o medicamento ineficaz. Agora, precisamos levar esse controle rigoroso para a nanomedicina. A nanomedicina estrutural representa uma mudança massiva em nossa abordagem ao desenvolvimento de terapias. Ao nos concentrarmos nos detalhes complexos de nossos terapêuticos e na representação de vários componentes médicos dentro de uma estrutura maior, podemos desenvolver intervenções que são mais eficazes, direcionadas e, em última análise, benéficas para os pacientes.”
Mirkin é um pioneiro em nanomedicina e detém a Cátedra George B. Rathmann de Química, Engenharia Química e Biológica, Engenharia Biomédica, Ciência e Engenharia de Materiais e Medicina na Northwestern University, onde atua no Weinberg College of Arts and Sciences , McCormick School of Engineering e Feinberg School of Medicine. Ele também é o diretor fundador do International Institute for Nanotechnology (IIN). Mirkin é coautor deste artigo juntamente com Milan Mrksich, a Cátedra Henry Wade Rogers de Engenharia Biomédica na McCormick, professor de Química no Weinberg e professor de Biologia Celular e do Desenvolvimento na Feinberg, e Natalie Artzi, a chefe de medicina de nanotecnologia estrutural no Gene and Cell Therapy Institute no Mass General Brigham, professora associada de medicina na Harvard Medical School e membro do corpo docente principal no Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering da Harvard University.
Problemas com a "abordagem do liquidificador" no desenvolvimento de vacinas
Em abordagens convencionais para o desenvolvimento de vacinas, os pesquisadores geralmente dependem da mistura de componentes importantes. Por exemplo, as imunoterapias contra o câncer típicas consistem em uma ou mais moléculas de células tumorais (chamadas antígenos) combinadas com uma molécula (chamada adjuvante) que estimula o sistema imunológico. Os médicos misturam o antígeno e o adjuvante em um coquetel e, em seguida, injetam essa mistura no paciente.
Mirkin chama isso de "abordagem do liquidificador" – onde os componentes são totalmente não estruturados. Em contraste, nanomedicamentos estruturados podem ser usados para organizar antígenos e adjuvantes. Nanomedicamentos estruturados têm maior eficácia e menos efeitos colaterais em comparação com suas contrapartes não estruturadas. No entanto, ao contrário de medicamentos de molécula pequena, esses nanomedicamentos ainda são imprecisos em nível molecular.
"Não há duas drogas em um lote iguais", disse Mirkin. "Nano-vacinas têm diferentes quantidades de lipídios, diferentes apresentações de lipídios, diferentes quantidades de RNA e diferentes tamanhos de partículas. Existem infinitas variáveis em formulações de nanomedicina. Essa inconsistência leva à incerteza. Não há como saber se você tem o construto mais eficaz e seguro entre as inúmeras possibilidades."
Da co-montagem à precisão molecular
Para resolver esse problema, Mirkin, Mrksich e Artzi defendem uma mudança para a nanomedicina estrutural ainda mais precisa. Nessa abordagem, os pesquisadores constroem nanomedicamentos a partir de estruturas nucleares quimicamente bem definidas que podem ser precisamente construídas com múltiplos componentes terapêuticos em uma disposição espacial controlada. Ao controlar o design em nível atômico, os pesquisadores podem desbloquear oportunidades sem precedentes, incluindo a integração de múltiplas funcionalidades em um único medicamento, direcionamento otimizado e liberação direcionada de medicamentos em células específicas.
No artigo, os autores citam três exemplos de nanomedicina estrutural inovadora: as sONAs (ácidos nucleicos esféricos), Chemoflares e Megamoléculas. As sONAs, inventadas por Mirkin, são uma forma globular de DNA que pode penetrar facilmente nas células e se ligar a moléculas-alvo. As sONAs são mais eficazes do que o DNA linear da mesma sequência e têm um potencial significativo na regulação gênica, edição genômica, administração de medicamentos e desenvolvimento de vacinas – e, em alguns casos, até curaram formas letais de câncer de pele em uso clínico.
Créditos
Chad A MirkinNorthwestern University
“Provamos que a estrutura geral de uma vacina ou medicamento baseado em sONA – não apenas os componentes químicos ativos – afeta dramaticamente sua eficácia”, disse Mirkin. “Essa percepção pode levar a tratamentos para muitos tipos diferentes de câncer. Em alguns casos, pudemos curar pacientes que não podiam ser tratados com nenhuma outra terapia conhecida.”
Chemoflares, desenvolvidas por Artzi e Mirkin, são nanoestruturas inteligentes que liberam quimioterápicos em resposta a sinais relevantes para doenças em células cancerígenas. Megamoléculas, inventadas por Mrksich, são estruturas proteicas compostas com precisão que imitam anticorpos. Os pesquisadores podem construir todos esses tipos de nanomedicamentos estruturais para conter múltiplos agentes terapêuticos ou ferramentas de diagnóstico.
„Ao aproveitar os sinais de tecidos e células específicos da doença, os nanomedicamentos de próxima geração podem alcançar a liberação de medicamentos altamente localizada e oportuna – alterando a maneira e o local onde as terapias atuam no corpo“, disse Artzi. „Essa precisão é particularmente importante para terapias combinadas, onde a administração coordenada de múltiplos medicamentos pode aumentar significativamente a eficácia terapêutica, ao mesmo tempo em que reduz a toxicidade sistêmica e minimiza os efeitos colaterais indesejados. Tais sistemas inteligentes e responsivos representam um avanço crucial para superar as limitações da administração convencional de medicamentos.“
