Nanopartículas revestidas de polímero carregadas com medicamentos terapêuticos mostram uma promessa significativa para o tratamento do câncer, incluindo câncer de ovário. Essas partículas podem ser direcionadas diretamente para tumores, onde liberam sua carga útil, evitando muitos dos efeitos colaterais da quimioterapia tradicional. Na última década, a professora do Instituto MIT Paula Hammond e seus alunos criaram uma variedade dessas partículas usando uma técnica conhecida como montagem camada por camada. Eles mostraram que as partículas podem combater efetivamente o câncer em estudos com camundongos.
Para ajudar a tornar essas nanopartículas mais próximas do uso humano, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de fabricação que lhes permite gerar quantidades maiores de partículas em uma fração do tempo. “Há muita promessa com os sistemas de nanopartículas que estamos desenvolvendo, e estamos realmente animados mais recentemente com os sucessos que temos visto em modelos animais para nossos tratamentos para câncer de ovário em particular”, diz Hammond, que também é vice-reitora do MIT para o corpo docente e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research. “No final das contas, precisamos ser capazes de levar isso a uma escala em que uma empresa seja capaz de fabricar isso em um nível grande.”
Hammond e Darrell Irvine, professor de imunologia e microbiologia no Scripps Research Institute, são os autores seniores do novo estudo, que aparece hoje na Advanced Functional Materials . e cientista visitante no Koch Institute, e Ezra Gordon são os principais autores do artigo. Heikyung Suh, um técnico de pesquisa do MIT, também é um autor.
Um processo simplificado
Mais de uma década atrás, Hammond desenvolveu em seu laboratório uma nova técnica para construir nanopartículas com arquiteturas altamente controladas. Essa abordagem permite que camadas com propriedades diferentes sejam colocadas na superfície de uma nanopartícula expondo alternadamente a superfície a polímeros carregados positiva e negativamente. Cada camada pode ser incorporada com moléculas de fármacos ou outros agentes terapêuticos. As camadas também podem carregar moléculas de direcionamento que ajudam as partículas a encontrar e entrar nas células cancerígenas.
Usando a estratégia que Hammond desenvolveu originalmente, uma camada é aplicada por vez e, após cada aplicação, as partículas passam por uma etapa de centrifugação para remover qualquer excesso de polímero. Isso consome muito tempo e seria difícil de escalar para produção em larga escala, dizem os pesquisadores. Mais recentemente, um aluno de pós-graduação desenvolveu no laboratório uma abordagem alternativa para purificar as partículas, conhecida como filtragem de fluxo tangencial. No entanto, embora isso tenha simplificado o processo, ele ainda era limitado por sua complexidade de fabricação e escala máxima de produção.
“Embora o uso da filtragem de fluxo tangencial seja útil, ainda é um processo de lote muito pequeno, e uma investigação clínica requer que tenhamos muitas doses disponíveis para um número significativo de pacientes”, diz Hammond. Para criar um método de fabricação em larga escala, os pesquisadores usaram um dispositivo de mistura microfluídica que permite que eles adicionem sequencialmente novas camadas de polímero conforme as partículas fluem por um microcanal dentro do dispositivo. Para cada camada, os pesquisadores podem calcular exatamente quanto polímero é necessário, o que elimina a necessidade de purificar as partículas após cada adição. “Isso é realmente importante porque as separações são as etapas mais custosas e demoradas nesses tipos de sistemas”, diz Hammond.
Essa estratégia elimina a necessidade de mistura manual de polímeros, agiliza a produção e integra processos em conformidade com as boas práticas de fabricação (GMP). Os requisitos de GMP do FDA garantem que os produtos atendam aos padrões de segurança e possam ser fabricados de forma consistente, o que seria altamente desafiador e custoso usando o processo de lote passo a passo anterior. O dispositivo microfluídico que os pesquisadores usaram neste estudo já é usado para a fabricação de GMP de outros tipos de nanopartículas, incluindo vacinas de mRNA.
“Com a nova abordagem, há muito menos chance de qualquer tipo de erro ou contratempo do operador”, diz Ivan Pires, que faz pós-doutorado no Brigham and Women’s Hospital. “Este é um processo que pode ser prontamente implementado em GMP, e esse é realmente o passo-chave aqui. Podemos criar uma inovação dentro das nanopartículas camada por camada e produzi-la rapidamente de uma maneira que poderíamos entrar em ensaios clínicos.”
Produção em escala
Usando essa abordagem, os pesquisadores podem gerar 15 miligramas de nanopartículas (o suficiente para cerca de 50 doses) em apenas alguns minutos, enquanto a técnica original levaria quase uma hora para criar a mesma quantidade. Isso poderia permitir a produção de partículas mais do que suficientes para ensaios clínicos e uso de pacientes, dizem os pesquisadores. “Para escalar com esse sistema, você simplesmente continua executando o chip, e é muito mais fácil produzir mais do seu material”, diz Pires.
Para demonstrar sua nova técnica de produção, os pesquisadores criaram nanopartículas revestidas com uma citocina chamada interleucina-12 (IL-12). O laboratório de Hammond já havia mostrado que a IL-12 entregue por nanopartículas camada por camada pode ativar células imunes importantes e retardar o crescimento de tumores ovarianos em camundongos.
Neste estudo, os pesquisadores descobriram que partículas carregadas com IL-12 fabricadas usando a nova técnica mostraram desempenho semelhante ao das nanopartículas originais camada por camada. E, essas nanopartículas não apenas se ligam ao tecido cancerígeno, mas mostram uma capacidade única de não entrar nas células cancerígenas. Isso permite que as nanopartículas sirvam como marcadores nas células cancerígenas que ativam o sistema imunológico localmente no tumor. Em modelos de camundongos de câncer de ovário, esse tratamento pode levar ao atraso do crescimento do tumor e até mesmo à cura.
Os pesquisadores entraram com um pedido de patente para a tecnologia e agora estão trabalhando com o Deshpande Center for Technological Innovation do MIT na esperança de potencialmente formar uma empresa para comercializar a tecnologia. Embora eles estejam inicialmente se concentrando em cânceres da cavidade abdominal, como câncer de ovário, o trabalho também pode ser aplicado a outros tipos de câncer, incluindo glioblastoma, dizem os pesquisadores.
