Pesquisadores desenvolvem uma nova maneira de aumentar com segurança as células imunológicas para combater o câncer

Só no ano passado, mais de 600 mil pessoas nos Estados Unidos morreram de câncer, de acordo com a American Cancer Society. A busca incansável pela compreensão desta doença complexa moldou o progresso médico no desenvolvimento de procedimentos de tratamento que são menos invasivos e, ao mesmo tempo, altamente eficazes.

A imunoterapia está em ascensão como uma possível solução. A imunoterapia envolve aproveitar o poder do sistema imunológico do corpo para lutar contra as células cancerígenas. Pesquisadores da Faculdade de Engenharia encontraram uma maneira de transformar um procedimento de tratamento em uma prática inovadora.

Rong Tong, professor associado de engenharia química, uniu-se a Wenjun “Rebecca” Cai, professor associado de ciência e engenharia de materiais, para explorar um tratamento de imunoterapia contra o câncer que há muito tempo interessa aos pesquisadores.

Em seu artigo recém-publicado na revista Avanços da Ciência, Tong e Cai detalharam sua abordagem, que envolve ativar as células imunológicas do corpo e reprogramá-las para atacar e destruir as células cancerígenas. Este método terapêutico é frequentemente implementado com a proteína citocina. As citocinas são pequenas moléculas de proteína que atuam como mensageiros bioquímicos intercelulares e são liberadas pelas células imunológicas do corpo para coordenar sua resposta.

“As citocinas são potentes e altamente eficazes na estimulação das células imunológicas para eliminar as células cancerígenas”, disse Tong. “O problema é que eles são tão potentes que, se circularem livremente pelo corpo, ativarão todas as células imunológicas que encontrarem, o que pode causar uma resposta imunológica hiperativa e efeitos colaterais potencialmente fatais”.

Tong e Cai, em colaboração com estudantes de graduação em engenharia química e ciência de materiais e engenharia, desenvolveram uma abordagem inovadora para empregar proteínas citocinas como um potencial tratamento de imunoterapia. Ao contrário dos métodos anteriores, sua técnica garante que as citocinas estimuladoras das células imunológicas se localizem efetivamente dentro dos tumores durante semanas, preservando a estrutura e os níveis de reatividade das citocinas.

Combinando forças para derrubar células cancerígenas

Os tratamentos atuais contra o câncer, como a quimioterapia, não conseguem distinguir entre células saudáveis ​​e células cancerígenas. Quando alguém com câncer é tratado com quimioterapia, o tratamento ataca todas as células do corpo, o que pode causar efeitos colaterais como queda de cabelo e fadiga.

Estimular o sistema imunológico do corpo para atacar tumores é uma alternativa promissora para tratar o câncer. A entrega de citocinas pode impulsionar as células imunológicas do tumor, mas a superestimulação das células saudáveis ​​pode causar efeitos colaterais graves.

“Os cientistas determinaram há algum tempo que as citocinas podem ser usadas para ativar e combater tumores, mas não sabiam como localizá-las dentro do tumor sem expor a toxicidade ao resto do corpo”, disse Tong. “Os engenheiros químicos podem analisar isso a partir de uma abordagem de engenharia e usar seu conhecimento para ajudar a refinar e elevar a eficácia das citocinas para que possam trabalhar de forma eficaz dentro do corpo.”

O objetivo da equipe de pesquisa é encontrar um equilíbrio entre matar as células cancerígenas do corpo e, ao mesmo tempo, poupar as células saudáveis.

Para atingir esse objetivo, Tong e seus alunos usaram seus conhecimentos para criar partículas especializadas com tamanhos distintos que ajudam a determinar para onde a droga está indo. Essas micropartículas são projetadas para permanecer no ambiente do tumor após serem injetadas no corpo. Cai e seus alunos trabalharam na medição das propriedades superficiais dessas partículas.

“No campo da ciência e engenharia de materiais, estudamos a química da superfície e o comportamento mecânico dos materiais, como a partícula especializada criada para este projeto”, disse Cai. “A engenharia e caracterização de superfície, juntamente com o tamanho das partículas, desempenham papéis importantes na administração controlada de medicamentos, garantindo a presença prolongada do medicamento e a eficácia terapêutica sustentada.”

Para garantir a distribuição bem-sucedida do medicamento, Tong e seus estudantes de engenharia química desenvolveram uma nova estratégia que:

• Ancora as citocinas a essas novas micropartículas, limitando o dano das citocinas às células saudáveis
• Permite que as citocinas recentemente ancoradas em partículas acionem o sistema imunológico e recrutem células imunológicas para atacar as células cancerígenas

“Nossa estratégia não apenas minimiza os danos induzidos por citocinas às células saudáveis, mas também prolonga a retenção de citocinas dentro do tumor”, disse Tong. “Isso ajuda a facilitar o recrutamento de células imunológicas para ataques tumorais direcionados”.

A próxima etapa do processo envolve a combinação do novo método de terapia com citocinas localizadas com anticorpos de bloqueio de checkpoint aprovados pela Food and Drug Administration (FDA) disponíveis comercialmente, que reativam as células imunológicas tumorais que foram silenciadas para que possam combater as células cancerígenas. .

“Quando há um tumor dentro do corpo, as células imunológicas do corpo estão sendo desativadas pelas células cancerígenas”, explicou Tong. “O anticorpo bloqueador de checkpoint aprovado pela FDA ajuda a ‘tirar os freios’ que os tumores colocam nas células imunológicas, enquanto as moléculas de citocinas ‘pisam no acelerador’ para impulsionar o sistema imunológico e obter um exército de células imunológicas para combater as células cancerígenas. Essas duas abordagens trabalham juntas para ativar células imunológicas”.

A combinação dos anticorpos do checkpoint com a citocina ancorada em partículas provou eliminar com sucesso muitos tumores em seu estudo.

Engenharia de impacto no tratamento do câncer

Os membros da equipe esperam que seu impacto no tratamento imunoterápico seja parte de um movimento maior em direção a abordagens de tratamento do câncer que sejam inofensivas para as células saudáveis. A nova abordagem de anexar citocinas a partículas também poderá ser usada no futuro para fornecer outros tipos de medicamentos imunoestimulantes, segundo a equipe.

“Os pesquisadores ainda procuram tratamentos contra o câncer mais seguros e eficazes”, disse Tong. “Esta motivação é o que nos leva a desenvolver novas tecnologias neste campo. Toda a classe de medicamentos que são utilizados para impulsionar o sistema imunitário a combater as células cancerígenas ainda não teve, em grande parte, sucesso.

“Nosso objetivo é criar novas soluções que permitam aos pesquisadores testar esses medicamentos com terapêuticas existentes aprovadas pela FDA, garantindo segurança e maior eficácia”.

Cai disse que a natureza da pesquisa sobre o tratamento do câncer requer experiência em disciplinas de engenharia.

“Vejo este projeto como um casamento perfeito entre a engenharia química e a ciência dos materiais”, disse Cai. “O primeiro concentra-se na parte de síntese e entrega de medicamentos, o último na aplicação de caracterização de materiais avançados. Esta colaboração não apenas acelera a pesquisa em imunoterapia, mas também tem a capacidade de transformar o tratamento do câncer”.