Uma equipe de pesquisa do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia desenvolveu ‘nanomáquinas’, que usam movimentos moleculares mecânicos para penetrar e destruir células. A penetração seletiva de células cancerosas também é possível usando uma molécula de trava liberada perto das células cancerígenas.
Pesquisadores criaram ‘nanomáquinas’ que usam movimentos moleculares mecânicos para entrar e destruir células.
O câncer é uma condição em que algumas das células do corpo crescem fora de controle e se espalham para outras regiões do corpo. As células cancerosas se dividem continuamente, levando-as a invadir o tecido circundante e formar tumores sólidos. A maioria dos tratamentos contra o câncer envolve matar as células cancerígenas.
De acordo com estimativas de 2020, 1,8 milhão de novos casos de câncer foram diagnosticados nos EUA e 600.000 pessoas morreram da doença. Câncer de mama, câncer de pulmão, câncer de próstata e câncer de cólon são os cânceres mais comuns. A idade média de um paciente com câncer no momento do diagnóstico é de 66 anos, e indivíduos entre 65 e 74 anos são responsáveis por 25% de todos os novos diagnósticos de câncer.
As proteínas estão envolvidas em todos os processos biológicos e usam a energia do corpo para alterar sua estrutura por meio de movimentos mecânicos. Eles são chamados de “nanomáquinas” biológicas, uma vez que mesmo pequenas mudanças estruturais nas proteínas têm um impacto substancial nos processos biológicos. Para implementar o movimento no ambiente celular, os pesquisadores se concentraram no desenvolvimento de nanomáquinas que imitam proteínas. No entanto, as células usam uma variedade de mecanismos para se defender contra o efeito dessas nanomáquinas. Isso restringe qualquer movimento mecânico relevante de nanomáquinas que possam ser usadas para fins médicos.
A equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Youngdo Jeong do Centro de Reconhecimento Biomolecular Avançado do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) relatou o desenvolvimento de uma nova nanomáquina bioquímica que penetra na membrana celular e mata a célula através dos movimentos moleculares de dobrando e desdobrando em certos ambientes celulares, como células cancerosas. Eles colaboraram com as equipes do professor Sang Kyu Kwak da Escola de Energia e Engenharia Química e do professor Ja-Hyoung Ryu do Departamento de Química do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) e do Dr. Chaekyu Kim da Fusion Biotechnology , Inc.
A nanomáquina, desenvolvida pela equipe de pesquisa conjunta KIST-UNIST, penetra seletivamente e mata as células cancerígenas, bem como seu mecanismo de ação. Crédito: Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST)
A equipe de pesquisa conjunta se concentrou na estrutura hierárquica das proteínas, na qual o eixo da grande estrutura e as unidades móveis são separados hierarquicamente. Portanto, apenas peças específicas podem se mover ao redor do eixo. A maioria das nanomáquinas existentes foi projetada para que os componentes móveis e o eixo da grande estrutura estejam presentes na mesma camada. Assim, esses componentes sofrem movimento simultâneo, o que dificulta o controle desejado de uma peça específica.
Uma nanomáquina hierárquica foi fabricada sintetizando e combinando nanopartículas de ouro de 2 nm de diâmetro com moléculas que podem ser dobradas e desdobradas com base no ambiente circundante. Esta nanomáquina era composta por moléculas orgânicas móveis e nanopartículas inorgânicas para funcionar como grandes estruturas de eixo e movimento e direção definidos de tal forma que ao atingir a membrana celular, resultava em um movimento mecânico de dobra/desdobramento que levou a nanomáquina a penetrar diretamente na membrana celular. celular, destruindo as organelas e induzindo a apoptose. Este novo método mata diretamente as células cancerosas por meio de movimentos mecânicos sem medicação anticancerígena, em contraste com os nanocarreadores do tipo cápsula que fornecem drogas terapêuticas.
Posteriormente, uma molécula de trava foi enfiada na nanomáquina para controlar o movimento mecânico para matar seletivamente as células cancerígenas. A molécula de trava rosqueada foi projetada para ser liberada apenas em um ambiente de baixo pH. Portanto, em células normais com pH relativamente alto (aproximadamente 7,4), os movimentos das nanomáquinas eram restritos e não conseguiam penetrar na célula. No entanto, no ambiente de baixo pH ao redor das células cancerosas (aproximadamente 6,8), as moléculas de trava foram desamarradas, induzindo movimento mecânico e penetração celular.
Dr. Jeong disse: “A nanomáquina desenvolvida foi inspirada em proteínas que realizam funções biológicas mudando sua forma com base em seu ambiente. Propomos um novo método de penetração direta de células cancerosas para matá-las através dos movimentos mecânicos de moléculas ligadas a nanomáquinas sem drogas. Esta pode ser uma nova alternativa para superar os efeitos colaterais da quimioterapia existente.”
Referência: “Nanotoxina adaptativa responsiva a estímulos para penetrar diretamente na membrana celular por dobra e desdobramento molecular” por Youngdo Jeong, Soyeong Jin, L. Palanikumar, Huyeon Choi, Eunhye Shin, Eun Min Go, Changjoon Keum, Seunghwan Bang, Dongkap Kim Seungho Lee, Minsoo Kim, Hojun Kim, Kwan Hyi Lee, Batakrishna Jana, Myoung-Hwan Park, Sang Kyu Kwak, Chaekyu Kim e Ja-Hyoung Ryu, 2 de março de 2022, Jornal da Sociedade Americana de Química.
DOI: 10.1021/jacs.2c00084
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