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Ilustração mostrando exossomos (azul) entregando mRNA de IL-12 às células de câncer de pulmão (marrom). Crédito: Cheng Lab/Columbia Engineering
O engenheiro biomédico da Columbia, Ke Cheng, desenvolveu uma técnica que usa inalação de exossomos, ou nanobolhas, para entregar diretamente mRNA de IL-12 aos pulmões de camundongos.
O câncer de pulmão é um dos cânceres mais comuns e tem uma das taxas de sobrevivência mais baixas do mundo. As citocinas, que são pequenas proteínas sinalizadoras, como a interleucina-12 (IL-12), demonstraram um potencial considerável como supressores tumorais robustos. No entanto, suas aplicações são limitadas devido a uma série de efeitos colaterais graves.
Num artigo publicado recentemente em Nanotecnologia da Natureza, O professor de engenharia biomédica Ke Cheng e seu grupo de pesquisa demonstram que o uso de nanobolhas, chamadas exossomos, por meio de um método de tratamento por inalação pode fornecer diretamente o mensageiro IL-12 ARN (mRNA) para os pulmões. Os mRNAs são os modelos para a produção de proteínas específicas que participam de uma variedade de funções celulares.
Embora os cientistas já tenham usado lipossomas (pequenas partículas à base de gordura) ou nanopartículas lipídicas (LNPs) para entregar mRNA, este método tem vários problemas, incluindo a falta de direcionamento do tecido, onde as partículas não vão para os órgãos-alvo, e preocupações sobre a toxicidade potencial após exposição prolongada. Nos últimos 15 anos, o grupo de Cheng tem desenvolvido exossomos para uso como transportadores superiores de medicamentos em relação aos lipossomas e LNPs em indicações específicas.
Entrega Inovadora Através de Inalação
Até agora, os médicos só conseguiram utilizar a IL-12 para tratar o cancro, injectando-a directamente no tumor ou na corrente sanguínea. O laboratório de Cheng descobriu que fazer com que o paciente – neste caso, camundongos – inalasse mRNA de IL-12 em exossomos não só poderia fornecer IL-12 concentrada localmente nos pulmões, mas também poderia combater melhor o câncer com efeitos colaterais mínimos. O método de inalação é mais eficiente na construção de concentrações mais elevadas de IL-12 exatamente onde é necessário do que outras formas de entrega de mRNA, como o uso de lipossomas.
“Os exossomos geralmente são injetados sistemicamente na corrente sanguínea”, disse Cheng. “Neste novo estudo, mostramos que os exossomos inalados podem atingir eficientemente o pulmão e entregar uma carga anticâncer de pulmão, o mRNA da IL-12. Este é um grande passo em frente no avanço do desenvolvimento de novos medicamentos inaláveis para tratar o cancro do pulmão, que tem uma das taxas de sobrevivência de cinco anos mais baixas do mundo.”
Ativação do sistema imunológico e resistência tumoral
A inalação das nanobolhas com o modelo de IL-12 pode impulsionar as células imunológicas do pulmão, transformando-as em poderosos defensores equipados para liberar substâncias que atacam e destroem diretamente as células tumorais. Além disso, a IL-12 ajuda a treinar essas células imunológicas para “lembrar” as características únicas das células tumorais. Como resultado, se o tumor tentar atacar novamente, estas células imunitárias bem informadas estarão prontas para reconhecer e eliminar o tumor rapidamente.
Além disso, essas células imunológicas sobrecarregadas podem espalhar seu conhecimento recém-adquirido para outras células imunológicas não treinadas por todo o corpo, criando um exército de defensores. Isto significa que mesmo que as células tumorais tentem espalhar-se para além da sua localização original, como os pulmões, estas células imunitárias preparadas podem detectá-las e eliminá-las, oferecendo um sistema de defesa contra o cancro em todo o corpo. Os ratos que inalaram esta terapia demonstraram supressão do tumor pulmonar, bem como maior resistência contra novos desafios tumorais.
Combinando eficácia com simplicidade
Esta estratégia destaca-se como um potente sistema de entrega de mRNA de IL-12 ao microambiente pulmonar, dizem os pesquisadores, e combina simplicidade com eficácia contra tumores primários e metástases. Em comparação com outros controles de nanopartículas, os exossomos aumentam a expressão de IL-12 com toxicidade mitigada. E os pacientes provavelmente ficarão muito mais felizes simplesmente inalando o medicamento em vez de receber injeções intratumorais.
Direções futuras
O grupo de Cheng está agora trabalhando com Universidade Columbia Oncologistas do Irving Medical Center traduzam seus resultados na clínica para beneficiar pacientes com câncer de pulmão.
Referência: “Entrega de vesícula extracelular inalável de mRNA de IL-12 para tratar câncer de pulmão e promover imunidade sistêmica” por Mengrui Liu, Shiqi Hu, Na Yan, Kristen D. Popowski e Ke Cheng, 11 de janeiro de 2024, Nanotecnologia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41565-023-01580-3
