Uma descoberta eletrizante pode ajudar os médicos a fornecer terapias genéticas mais eficazes

Num esforço para melhorar a prestação de tratamentos médicos dispendiosos, uma equipa de investigadores em engenharia eléctrica da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveu um método estimulante que poderia tornar o corpo humano mais receptivo a certas terapias genéticas.

Os pesquisadores expuseram as células do fígado a pulsos elétricos curtos – e esses choques suaves fizeram com que as células do fígado absorvessem mais de 40 vezes a quantidade de material de terapia genética em comparação com as células que não foram expostas a campos elétricos pulsados. O método poderia ajudar a reduzir a dosagem necessária para esses tratamentos, tornando-os muito mais seguros e acessíveis. A pesquisa aparece na revista PLOS UM.

A terapia genética é uma tecnologia médica promissora: ao substituir, alterar ou introduzir novo material genético nas células de um paciente, os médicos podem curar ou compensar doenças genéticas, incluindo fibrose cística, doença falciforme, hemofilia e diabetes.

Um dos gargalos da terapia genética, entretanto, é colocar a dose certa de material genético nas células-alvo. A pesquisa da UW-Madison sugere que a aplicação de um campo elétrico moderado, que não deixasse danos duradouros às células que o receberam, poderia ajudar na criação de terapias mais eficazes.

O projeto começou há quase uma década com Hans Sollinger, cirurgião de transplante da UW – Madison. Ele havia desenvolvido um tratamento de terapia genética para diabetes tipo 1, uma doença autoimune que ataca o pâncreas, órgão que produz insulina.

A estratégia de tratamento de Sollinger entregou o código genético para a produção de insulina nas células do fígado usando um vírus associado à adrenalina que auxilia no transporte dos genes terapêuticos através da membrana das células. Este DNA pode então fixar residência nas células do fígado, produzindo insulina sem ser atacado pelo sistema imunológico do pâncreas.

Embora Sollinger tivesse uma prova de conceito de que a terapia funcionava, ele acreditava que o futuro do tratamento dependia do parto. Ele recorreu a Susan Hagness e John Booske, ambos professores de engenharia elétrica e de computação da UW – Madison que têm experiência no tratamento de células humanas com pulsos elétricos.

“Começamos a conversar sobre a entrega local e direcionada e se havia uma maneira de levar o DNA do tratamento diretamente ao fígado, sem passá-lo por todo o corpo e ativar o sistema imunológico”, diz Hagness. “E se poderíamos usar pulsos elétricos para tornar esse processo de entrega mais eficiente e reduzir drasticamente a dose necessária.”

Os pesquisadores descobriram anteriormente que a exposição das células a campos elétricos pode muitas vezes aumentar a capacidade das moléculas de se moverem através da membrana celular para o interior da célula. Portanto, neste último estudo, Ph.D. o estudante Yizhou Yao procurou determinar se a técnica aumentaria a penetração de partículas virais nas células do fígado.

Usando células de hepatoma humano, um sistema modelo para estudar o fígado, Yao expôs lotes de células a várias concentrações de partículas virais de terapia genética contendo uma proteína verde fluorescente. Ela usou um par de eletrodos para fornecer um pulso elétrico de 80 milissegundos a algumas amostras e depois incubou todas as células por 12 horas.

Quando ela examinou os resultados 48 horas depois sob um microscópio de fluorescência, Yao descobriu que apenas uma pequena porcentagem das células que não haviam recebido os pulsos elétricos brilhavam em verde. Em total contraste, as células que receberam um choque acumularam cerca de 40 vezes a quantidade de proteínas verdes fluorescentes entregues pelo vírus.

Embora os resultados tenham fornecido provas convincentes de que os impulsos ajudaram a facilitar a penetração do vírus nas paredes celulares, Booske diz que a equipa ainda não descobriu exactamente como funciona o processo a nível molecular.

“Já se sabe o suficiente sobre a pulsação elétrica que acho que poderíamos afirmar com segurança que ela está abrindo nanoporos através da membrana celular”, diz ele. “Mas então Yao obteve este resultado notável, e percebemos que as partículas de vírus são em geral maiores e mais complexas do que as partículas moleculares nuas e já têm sua própria maneira de entrar nas células. Portanto, não sabemos realmente se é a abertura dos poros que tem alguma coisa a ver com isso, direta ou indiretamente.”

Sollinger faleceu em maio de 2023, mas a equipe afirma que seu legado viverá através da pesquisa em andamento neste projeto e do trabalho de outros grupos. Os pesquisadores de engenharia elétrica estão buscando os próximos passos e estão otimistas de que, em última análise, a técnica se traduzirá em ensaios clínicos.

Yao, que se formará em 2024, diz que sabia que o estudo seria transdisciplinar, mas não sabia até onde iria.

“Sou engenheira elétrica por formação e não tenho formação em biologia”, diz ela. “Antes disso, a última vez que usei um microscópio foi no ensino médio. Foi uma curva de aprendizado bastante íngreme, aprender a cultivar células e realizar protocolos biológicos. Mas gostei muito deste projeto e gostei do seu objetivo final, que é tornar o mundo um lugar melhor.”

Outros autores incluem Robert W. Holdcraft, do Centro Médico do Hospital Infantil de Cincinnati.