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NOVA TÉCNICA AJUDA A VENCER A AIDS E OUTRAS DOENÇAS INFECCIOSAS

NOVA TÉCNICA AJUDAR A VENCER A AIDS E OUTRAS DOENÇAS INFECCIOSAS

Ricardo Cambraia Parreira, Rodrigo R Resende

Edição Vol. 2, N. 13, 09 de Junho de 2015

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2015.06.08.004

Imaginem um pequeno êmbolo de seringa que recolhe suas células de defesa e injetam nelas proteínas do vírus do HIV, ou outro vírus qualquer. Essas células de defesa, as chamadas células B, que produzem os anticorpos, agora podem produzir anticorpos especificamente para essas proteínas que foram injetadas nelas. E o que é melhor, eliminar de vez o vírus, ou micro-organismos, que produzem essas proteínas! Um pequeno passo para o grande salto ao fim da AIDS?

Os organismos possuem um sistema capaz de detectar e combater uma variedade imensa de agentes causadores de doenças, tais como vírus, bactérias e parasitas, e ao mesmo tempo, distinguir esses micro-organismos das estruturas próprias do corpo. Esse mecanismo de defesa denominado sistema imunológico é constituído por estruturas biológicas que incluem desde barreiras físicas (como a pele) até barreiras celulares (leucócitos ou células brancas do sangue, que são as células de defesa).

O linfócito é um tipo de leucócito derivado de células-tronco linfoides presentes na medula óssea vermelha (após a vida fetal) e que se diferenciam em células pré-B e pré-T. As células pré-B migram para o baço e outros órgãos linfoides secundários (que participam da resposta imune – ex: linfonodos, placas de Peyer, amígdalas) para o processo de maturação em linfócitos B maduros, que são os produtores de anticorpos (1) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/nosso-corpo-nos-protege-mas-pode-tambem-nos-matar/). Estas moléculas são glicoproteínas com capacidade de reconhecer antígenos (corpos estranhos ao corpo), neutralizar toxinas, opsonizar (recobrir) antígenos, destruir células e auxiliar na fagocitose (quando as células do sistema imune “comem”, por assim dizer, os micro-organismos) pelo sistema complemento (proteínas de membrana e solúveis no sangue que participam da defesa do organismo) (Figura 1). As células pré-T terminam o processo de maturação no timo, órgão linfoide primário responsável pelo desenvolvimento e seleção dos linfócitos T. Estas células são divididas em dois principais tipos, de acordo com o receptor específico de sua membrana: CD4+ e CD8+. Os linfócitos CD4 são chamados de auxiliares, pois contribuem para a resposta imune por anticorpos devido a sua ligação direta aos linfócitos B, permitindo assim a produção de anticorpos específicos contra o antígeno reconhecido pelo CD4 (Figura 1). Já o linfócitos CD8 são chamados de citotóxicos por serem capazes de eliminar células infectadas por parasitas intracelulares por meio da produção de proteínas e fatores que induzem a morte das células.

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Figura 1: Quando um antígeno (uma substância estranha ao nosso organismo, como micro-organismos) invade nosso organismo, a célula apresentadora de antígeno engolfa esse antígeno e quebra-o em vários pedacinhos menores. Esses pedacinhos são apresentados às células CD4+, também conhecidas como linfócitos T auxiliares. Esses linfócitos diferenciam-se nos linfócitos B, que secretam os anticorpos e auxiliam na eliminação dos micro-organismos invasores. Os anticorpos também ativam os macrófagos, que “comem” os micro-organismos invasores. Os linfócitos T auxiliares, ou células CD4+, ativam os linfócitos T assassinos, ou células CD8+, que atacam os micro-organismos que tiverem os anticorpos produzidos pelas Linfócitos B, eliminando-os do corpo.

Há outras células que são extremamente importantes no sistema imunológico por ativarem os linfócitos T, chamadas de células dendríticas. Estas são derivadas dos monócitos presentes na medula óssea e participam da resposta imune por apresentarem capacidade de capturar, processar e apresentar antígenos aos linfócitos T e, com isso, ativá-los.

Todas as nossas células são protegidas pela membrana celular (plasmática) que funciona como uma barreira seletiva, limitando a captação pela célula de inúmeras moléculas indesejáveis de outros organismos ou de nossas próprias células, porém velhas ou mortas, situadas no meio extracelular, como DNA, peptídeos, oligonucleotídeos e proteínas. Entretanto, haveria um potencial de aplicação enorme se pudesse entregar à célula macromoléculas específicas que alterariam a função celular a favor de propósitos terapêuticos. Por exemplo, células deficientes de um determinado gene ou que o expressem de forma incorreta, receberiam o gene referente e, com isso, a célula teria sua função normal estabelecida (2, 3). Poderia também entregar drogas pró-apoptóticas (que induz à apoptose) nas mitocôndrias de células cancerosas como terapia contra o câncer (4, 5) e enzimas para lisossomos deficientes que resultam em doenças (6). Essas abordagens já são realizadas e apresentam resultados promissores.

Mas como as células do sistema imune poderiam ser modificadas para contribuir na terapia de doenças? Alguns vírus, como o HIV (do inglês, Human Immunodeficiency Virus), apresentam afinidade por receptores de membrana das células imunes (linfócitos CD4+), com isso diminuem a capacidade do organismo combater o vírus. Uma possível utilização dessa técnica de entrega de biomoléculas seria a utilização de RNA de interferência (siRNA, do inglês, small interfering RNA, pequenos fragmentos de RNA que medem aproximadamente 23 nucleotídeos) que inibe a expressão gênica ou dificulta a transcrição de genes específicos do vírus que infectou as células de defesa. Com isso, o vírus não conseguiria sobreviver e multiplicar no interior da célula, ajudando na recuperação do indivíduo.

Porém, para isso, o primeiro passo seria utilizar um método que aumentasse a permeabilidade da membrana plasmática, permitindo a entrega das moléculas terapêuticas à célula de forma eficiente e viável. Existem várias técnicas para entrega intracelular de biomoléculas, entretanto, para células imunológicas elas apresentam limitações. A eletroporação promove formação transitória de poros aquosos na membrana devido a aplicação de pulsos elétricos curtos de alta voltagem, permitindo assim que as moléculas passem por esses poros em direção ao interior da célula (citoplasma). Entretanto, essa abordagem apresenta baixa viabilidade devido aos danos na célula, citoxicidade in vivo (tóxico à célula) e limitação na taxa de entrega do material (7, 8).

Uma outra abordagem seria utilização de vetores virais, onde o material genético de interesse é introduzido nas células por meio de vírus com capacidade de transportar o transgene e infectar as células de forma eficiente, além de apresentar potencial de patogênese (promover doença) removido (9) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/terapia-genica-com-celulas-tronco-humanas-segura-e-eficaz/). Entretanto, o sistema imunológico tende a combater micro-organismos invasores e gerar uma resposta imunológica, isso diminui a transferência de genes e elimina as células transduzidas ao longo do tempo (10).

Outra forma seria por meio de peptídeos de penetração celular constituídos de aproximadamente 30 aminoácidos (unidades formadoras das proteínas) e que são capazes de translocar pequenas moléculas e partículas supramoleculares pela membrana celular. Entretanto, essa abordagem não foi eficiente em transfectar linfócitos por apresentar dificuldade na penetração da membrana celular (11). Lipossomos (vesículas esféricas formadas por bicamadas de fosfolipídeos – lipídeos com ácido fosfórico) e nanopartículas (partículas com tamanho de 1 à 100 nanômetros com capacidade de transportar drogas para as células) apresentaram resultados melhores de entrega de drogas para células dendríticas (12) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/eliminando-o-cerebro-degenerado-com-nanoparticulas-magneticas/), mas ainda assim não são efetivas em linfócitos.

Percebe-se que há necessidade de métodos alternativos capazes de entregar macromoléculas de forma eficiente e não tóxica para células imunes. Com isso, o professor Dr. Armon Sharei, do Departamento de Engenharia Química do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, adaptou um sistema de entrega microfluídico livre de vetores a fim de contornar os obstáculos da entrega de biomoléculas às células imunes.

O pesquisador Dr. Armon e colegas submeteram as células para dentro de canais de microfluídos paralelos que apresentam alguns pontos com constrição, fazendo com que as células sofram uma deformação mecânica transitória que rompe a membrana e permite a entrada de moléculas presentes no tampão circundante (Figura 2). Para avaliar o potencial da técnica, eles utilizaram células T, B, monócitos e macrófagos com pequenas moléculas, polissacarídeos e proteínas e, com isso, detectaram a diversidade de moléculas entregues nos vários grupos de células imunes, mostrando a efetividade do processo. Isso permite que várias classes de moléculas sejam entregues ao mesmo tempo, sem a utilização de vetores e dos problemas de toxicidade e viabilidade celular das técnicas descritas (Figura 2).

Em seguida, os pesquisadores fizeram justamente um experimento para avaliar se moléculas de siRNA, entregues pelo sistema microfluídico livre de vetores, específicos para genes virais conseguiria diminuir a infecção das células T CD4+ pelo vírus HIV. Eles observaram, então, uma redução dos níveis de antígeno p24 (proteína de 24 quilodaltons do nucleocapsídeo do vírus da imunodeficiência humana tipo I, uma proteína da capa do HIV), indicando que o processo pode ajudar no processo de recuperação do organismo da infecção e replicação do vírus HIV nas células T CD4+. Essa abordagem permitirá avanços nos estudos envolvendo doenças imunodeficientes.

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Figura 2: Mecanismo do sistema de entrega microfluídico livre de vetores: células são submetidas à canais paralelos com pontos de constrição que provocam deformação mecânica transitória nas células, permitindo assim, a ruptura da membrana e entrada das moléculas para o meio intracelular.

PRÓXIMAS ETAPAS

Os pesquisadores dizem que agora planejam em refinar sua vacina baseada em células-B para otimizar a distribuição e função das células imunes no organismo. Uma abordagem baseada em células-B, também pode reduzir a quantidade de sangue necessária para o preparo de uma vacina para o paciente. Atualmente, os pacientes que receberam vacinas baseadas em células devem ter sangue coletado ao longo de várias horas a cada vez que uma nova dose deve ser preparada.

Enquanto isso, SQZ Biotech, a empresa que patenteou a tecnologia, visa reduzir a pegada do seu dispositivo, o que poderia potencialmente reduzir o tempo e custos necessários para manipular vacinas à base de células.

É possível prever um futuro sistema, se é que se pode tirar proveito de sua natureza microfluídica, como um dispositivo colocado ao lado da cama ou implantável. Em vez de enviar suas células para uma indústria farmacêutica de grande porte e maquinário, você poderia fazê-lo em seu hospital ou no consultório de seu médico.

Como a biologia e a tecnologia tornam-se ainda mais refinadas, os autores dizem que sua abordagem pode ser potencialmente um método mais eficiente, mais eficaz e menos dispendioso para o desenvolvimento de terapias baseadas em células para os pacientes.

Referências

1. Parreira RC, Resende RR. NOSSO CORPO NOS PROTEGE, MAS PODE TAMBÉM NOS MATAR! Nanocell News. 2014;1(8).

2. Schaffert D, Wagner E. Gene therapy progress and prospects: synthetic polymer-based systems. Gene therapy. 2008;15(16):1131-8.

3. Ibraheem D, Elaissari A, Fessi H. Gene therapy and DNA delivery systems. International journal of pharmaceutics. 2014;459(1-2):70-83.

4. Jiang ZX, Zhang ZY. Targeting PTPs with small molecule inhibitors in cancer treatment. Cancer metastasis reviews. 2008;27(2):263-72.

5. Hong IS, Lee HY, Kim HP. Novel therapeutic approaches for various cancer types using a modified sleeping beauty-based gene delivery system. PloS one. 2014;9(1):e86324.

6. Aronovich EL, Hackett PB. Lysosomal storage disease: gene therapy on both sides of the blood-brain barrier. Molecular genetics and metabolism. 2015;114(2):83-93.

7. Sharei A, Cho N, Mao S, Jackson E, Poceviciute R, Adamo A, et al. Cell squeezing as a robust, microfluidic intracellular delivery platform. Journal of visualized experiments : JoVE. 2013(81):e50980.

8. Sharei A, Trifonova R, Jhunjhunwala S, Hartoularos GC, Eyerman AT, Lytton-Jean A, et al. Ex vivo cytosolic delivery of functional macromolecules to immune cells. PloS one. 2015;10(4):e0118803.

9. Resende RR. TERAPIA GÊNICA COM CÉLULAS-TRONCO HUMANAS: segura e eficaz. Nanocell News. 2014;1(9).

10. Nayak S, Herzog RW. Progress and prospects: immune responses to viral vectors. Gene therapy. 2010;17(3):295-304.

11. Zorko M, Langel U. Cell-penetrating peptides: mechanism and kinetics of cargo delivery. Advanced drug delivery reviews. 2005;57(4):529-45.

12. Resende RR. ELIMINANDO O CÉREBRO DEGENERADO COM NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS. Nanocell News. 2015;2(10).

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