Novas aplicações na nanobiotecnologia na medicina

Transcrição

1 Novas aplicações na nanobiotecnologia na medicina Biotecnologia Profa Msc Nadia Morais

2 Nanotecnologia NANOMEDICINA athoshomem.com.br

3 Nanopartículas 1-100nm Ferramenta biomédica Terapêutica Diagnóstico Terapia em nível molecular: Tratamento e estudo da doença.

4 Especificidade Efeitos adversos apmedicinalternativa.wordpress.com Eficácia elmundo.es Sensibilidade Detecção precoce Melhor prognóstico

5 fierasdelaingenieria.com encyclopedia2.thefreedictionary.com nanocotechnologies.com Fulerenos Nanotubos Quantum dots Morrow et al., 2007 unicamp.br Dendrímeros Lipossomas Nanoporos

6 Lipossomas 1960s; Dispositivo de liberação de fármacos. Fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidiletanolamina,... britannica.com Toxicidade Eficácia Método de preparo azonano.com

7 Via oral baixa estabilidade (sais biliares); Via endovenosa... Vascularização no tecido tumoral desorganizada Leishmaniose Frézard et al., 2005 Lipossomas furtivos materiais que impedem a opsonização e captura por macrófagos (Ex.: polioxietileno).

8 Tempo de circulação Frézard et al., 2005 Colesterol e fosfolipídios de alta temperatura de transição

9 Lipossomas Direcionados Ligantes: anticorpos, glicopeptídeos, polissacarídeos, proteínas virais, lectinas... encapsula.com Storm and Crommelin, 1998 Ac específico: Fragmentos OV-TL3 dirigido contra o Ag OA3 (90% de carcinomas de ovário humano). Vingerhoeds et al. Immunoliposome-mediated targeting of doxorubicin to human ovarian carcinoma in vitro and in vivo. British Journal of Cancer, v.74, 1996.

10 Lipossomas Direcionados Terapia dirigida por anticorpo-enzima-pró-fármaco (ADEPT) Enzima associada a imunolipossoma administração do prófármaco. Pró- Fármaco Fármaco Tecido alvo

11 Diagnóstico cintilográfico de focos inflamatórios e infecciosos Cintilografia utilizando 99m Tc-PEG-lipossomas. As setas indicam captura dos lipossomas em sítios patológicos Terapia gênica Virossomas Storm and Crommelin, 1998

12 Nanoporos 1997: Desai e Ferrari Células e Imunoglobulinas Oxigênio, insulina,... glicose, Proteção de tecidos transplantados Diabetes mellitus Células β do pâncreas

13 Fulerenos 1985: forma alotrópica do Carbono what-when-how.com Buckminster forma mais comum 7Å de diâmetro; 60 átomos de carbono - icosaedro truncado; 20 hexágonos e 12 pentágonos; altamente simétrico.

14 Metais alcalinos entre fulerenos materiais supercondutores; Natureza eletronegativa dos fulerenos. phys.psu.edu Fulerenos endohedral C 82 ou C 84 Átomo metálico Metalofulerenos Agente de contraste Ressonância magnética : mais seguro e menos tóxico.

15 Fulerenos Exohedral Fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica para tumores malignos espécies reativas de oxigênio quando estimulados pela luz e matam as células-alvo; Fotossensibilizadores no tratamento de infecções localizadas; Heterofulerenos Santos et al., 2010 C N ou B. equilibrionatural.blog.br Derivados solúveis + biocompatíveis - tóxicos

16 SWCNT MWCNT Nanotubos Especificidade Solubilidade grupos carboxílicos ou amina. toxicidade

17 Transportadores de fármacos Nanotubos Anfotericina B Entrega para o interior das células Eficácia como agente antifúngico Eficácia em linhagens resistentes Toxicidade para células de mamíferos Wu et al. Targeted Delivery of Amphotericin B to Cells by Using Functionalized Carbon Nanotubes. Functionalized Nanotubes, v. 44, 2005

18 Terapia gênica expressão do marcador do gene β-galactosidase. Silenciamento gênico SWNT + RNAi Pantarotto et al. Functionalised carbon nanotubes for plasmid DNA gene delivery. Angew. Chem., Int. Ed., v.116, Terapia do câncer

19 Sensores Biológicos Vacinas Nanotubos + peptídeos Resposta imunológica Eficácia Wang et al. DNA biosensors based on self-assembled carbon nanotubes. Electroanalysis, v.325, 2003.

20 Diagnóstico Detecção de anticorpos específicos para a Artrite Reumatóide no soro humano Dispositivo de detecção microbalança de cristal de quartzo. SWNT + peptídeo Drouvalakis et al. Peptide-coated nanotube-based biosensor for the detection of disease-specific autoantibodies in human serum. Biosens. Bioelectron., 2008.

21 Quantum dots 2-10nm artsci.ucla.edu O tamanho determina a coloração emitida Diagnóstico e terapêutica

22 Sondas com alta sensibilidade Anticorpo contra Antígeno prostático específico Gao et al. In-vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots. Nature Biotechnol, v.22, 2004.

23 Transportadores de fármacos para tumores Imagem do linfonodo sentinela Imagem em tempo real do linfonodo sentinela com sistema de fluorescência NIR (Near InfraRed); A região NIR do espectro eletromagnético: reduzido ruído de fundo e profunda penetração na amostra biológica. A fluorescência mais brilhante - sistema de fluorescência NIR.

24 Limitações Funcionalização e toxicidade Soltesz et al. Intraoperative sentinel lymph node mapping of the lung using near-infrared fluorescent quantum dots. Annals of Thoracic Surgery, v.79, 2005.

25 Nanoshells Sílica correlatingcancer.com Fina casca metálica Terapia do câncer Variação de tamanho e composição de cada camada absorver ou dispersar luz em determinado comprimento de onda.

26 Pico de absorção em 800 nm (NIR) correlatingcancer.com Sílica (100 nm) Ouro (10 nm) PEG + Ac Meduloblastomas HER2 (receptor-2 do fator de crescimento epidérmico humano); Gliomas IL13Rα2 (receptor α2 de IL-13). Bernardi et al. Immunonanoshells for targeted photothermal ablationin medulloblastoma and glioma: an in vitro evaluation using human cell lines. J. Neurooncol., v.86, 2008.

27 PEG + Ac contra HER2 Carcinoma de mama Lowery et al. Immunonanoshells for targeted photothermal ablation of tumor cells. Int. J. Nanomedicine, v.1, 2006.

28 nanocell.blogspot.com Hidrogéis poliméricos contendo o fármaco Laser infravermelho Tecido tumoral Aquecimento, derretimento do polímero e liberação da droga Evita a toxicidade da quimioterapia

29 Tratamento de diabetes ilounge.com ff.up.pt Aquecimento, derretimento do polímero e liberação de insulina

30 Diagnóstico Nanoshells de ouro + Ac Tamanho modulado NIR comprimento de onda Detecção de imunoglobulinas (ng/ml) no plasma e sangue total.

31 Nanobubbles Terapia do câncer -Permanece estável à temperatura ambiente e quando aquecido formam microbolhas - Atinge tecido tumoral e entrega a droga seletivamente sob influência da exposição ultra-som - Isso aumenta a captação intracelular da droga pelas células tumorais - Permite visualização do tumor por métodos de ultra-som

32 Rapaport et al nanobubbles entrega de drogas como a doxorrubicina in vitro: células de câncer de mama MDA MB231 in vivo: camundongos com xenoenxerto de câncer de mama Permite: Níveis mais elevados de drogas nas células tumorais Menor toxicidade Aumento da eficácia do tratamento

33 Nanobubbles lipossomais -Substitui vetores virais na terapia gênica -Usado na retirada de coágulos do sistema vascular = Sonothrombolysis. - método não invasivo

34 Nanopartículas paramagnéticas Utilizados para fins de diagnóstico e terapêutico Nanopartículas de óxido de ferro agentes de contraste na ressonância magnética maior susceptibilidade magnética de agentes de contraste convencional permite identificação de tecidos e órgãos específicos limitado pela internalização por macrófagos

35 Nanopartículas conjugadas com anticorpo para HER-2 que são expressos em células de câncer de mama ressonância magnética para detecção Leushner et al detecção in vivo nanopartículas paramagnéticas conjugado com e hormônio luteinizante LHRH A internalização por macrófagos pode ser reduzido com tratamento com lovastatina diminui os receptores de macófagos e reduz sua reciclagem

36 Nanopartículas de óxido de ferro monocristalino Mions Knauth et al tem estudado essas partículas em resonância magnética de cérebro Supera a desvantagem de realce desfaz possibilidade de má interpretação São rapidamente assimilados produzindo contraste de longa duração Excesso retirado da circulação pelo sistema retículo endotelial

37 Mions Identificação de proteínas com antígeno prostático específico Micropartículas recobertas com anticorpos juntamente com nanosondas com revestimento semelhante e um código de barras de DNA único e hibridizado Terapia do câncer- Triton Biosystem Anticorpos monoclonais para células tumorais Células doentes morrem devido o calor

38 Nanosomes Integram vários aspectos de aplicações médicas: diagnóstico e terapia Desenvolvidos para tratar vários tumores SNC Sílica de óxido de ferro revestido por nanoparticulas onde se apoiam os anticorpos Quando segmentado é bastante utilizado para análise cerebral Elementos de contraste melhora a detecção

39 Os nanosomes podem se integrar com focalizador que produz espécies reativas de oxigênio quando estimulado pela luz destrói tecido alvo É mais seguro que os tratamentos convencionais do câncer Menores efeitos adversos Não constrói resistência às drogas.

40 Dendrímeros Nanomoléculas regulares com estruturas de ramificação O nº de ramificações determina seu tamanho Os ramos formam lacunas as quais podem ser utilizadas para o transporte de drogas Podem ser utilizados na terapia gênica Substituindo vetores virais Endocitose o DNA é transportado transcrição do gene Não estimula resposta imune

41 Complexo de dendrímeros onde cada módulo executa diferentes funções como: Concentração Diagnóstico de doenças Entrega de drogas Imagem Terapia gênica Pode substituir vetores virais Entram na célula por endocitose o DNA é transportado para o núcleo Não estimula resposta imune

42 Nanotecnologia na terapia gênica Terapia gênica diabetes, fibrose cística Vetores virais usados para transferência de genes tem limitações O DNA não consegue atravessar a membrana da célula de carga negativa Para esse transporte podemos utilizar nanopartículas

43 Nanotecnologia na terapia gênica Doenças no fígado Facilmente absorvidas pelas células de Kupffer (fagocitose) Hemocromatose hereditária Niu et al gene da insulina humana inserido em nanopartículas para transferência em ratos diabéticos Expressão de mrna do gene da insulina humana

44 Nanodispositivos híbridos Dióxido de titânio TiO 2 Nanopartículas de 4,5nm semicondutores, ligados covalentemente ao DNA oligonucleotídeos A sequência de oligonucleotídeos podem direcionar os nanodispositivos para os segmentos de DNA correspondente dentro do núcleo da célula Quando estimulada com luz RX o TiO 2 induz a endonuclease que cliva fragmentos de DNA específicos

45 São células artificiais hipotéticas Respirócitos Podem funcionar como células vermelhas do sangue Tem maior capacidade de fornecer oxigênio aos tecidos Fornece oxigênio 236 vezes mais por unidade de volume do que células naturais Possui sensores na superfície que podem detectar mudanças no ambiente Regula entrada e saída de gases respiratórios

46 Funcionam como glóbulos brancos no sangue Microbivores Projetado para capturar antígenos circulantes Degradação e produtos finais liberados aminoácidos, ácidos graxos, nucleotídeos e açucares Microbivores podem alterar o fluxo de sangue e septicemia em taxa maior do que o mecanismo natural de defesa

47 -Altas espectativas - Benefícios potenciais são infinitos -Segurança não totalmente definidos -Nanotecnologia na medicina terapêutica -Futuro tratamento de doenças humanas e melhoria da fisiologia humana normal