Biotecnologia
Aproveitando Estruturas de Rotaxano para Sistemas de Liberação de Próxima Geração na Medicina e Tecnologia
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Entrega de Fármacos e Materiais Autorreparáveis com Rotaxano
Entregar moléculas em um ponto preciso é uma tarefa muito difícil, mas é necessária para que muitos medicamentos, como tratamentos contra o câncer, funcionem. Até agora, a maioria dos sistemas de entrega tem sido limitada à ativação por interações químicas ou sofreu de desempenho pobre. Da mesma forma, materiais autorreparáveis precisariam liberar o sistema de reparo quando expostos a estresse mecânico. Graças a uma nova estrutura molecular chamada rotaxano, descoberta por pesquisadores da Universidade de Manchester, Reino Unido, ambas as inovações podem ser possíveis.
O Que é um Rotaxano?
Rotaxanos são moléculas entrelaçadas, com uma molécula circular (em forma de rosquinha) tendo um polímero mais longo passando pelo seu centro.
No caso da descoberta da Universidade de Manchester, eles usaram uma molécula longa e complexa que é sensível à força mecânica.
Ao longo da cadeia da molécula, eles amarraram as chamadas “moléculas de carga” de interesse, em azul neste esquema:
Fonte: Nature
Quando a força é aplicada ao material, a parte em forma de rosquinha dos rotaxanos empurra e libera as moléculas de carga.
Isso faz deste modelo de molécula rotaxano um detector perfeito de força e mecanismos de liberação simultaneamente.
Fonte: Nature
Rotaxanos Aprimorados
Uma liberação química induzida por força não é um conceito novo em si. No entanto, sistemas anteriores eram limitados no número de moléculas que podiam liberar, com apenas uma molécula por detector de força.
“Forças são onipresentes na natureza e desempenham papéis fundamentais em vários processos. Nosso objetivo foi explorar essas forças para aplicações transformadoras, particularmente na durabilidade de materiais e na entrega de fármacos.
“Embora este seja apenas um design de prova de conceito, acreditamos que nossa abordagem baseada em rotaxano tem um imenso potencial com aplicações de amplo alcance – estamos à beira de avanços verdadeiramente notáveis na saúde e na tecnologia.” – Guillaume De Bo, Professor de Química Orgânica na Universidade de Manchester
Alternativamente, estratégias de encapsulamento físico podem ser usadas para entregar uma carga maior, mas frequentemente são sujeitas a liberação indesejada não mecânica.
O novo design de rotaxano pode, ao contrário, liberar muitas moléculas de uma só vez (até 5) de forma controlada.
Na prática, a liberação pode ser acionada por estresse mecânico (por exemplo, um choque ou arranhão na tela de um telefone) ou ultrassom direcionado, permitindo a liberação direcionada de um fármaco apenas em um sítio tumoral.
Outra limitação do sistema anterior era a restrição quanto aos tipos de moléculas que podiam ser liberadas, tornando-as inadequadas para fármacos inovadores.
Os pesquisadores demonstraram em sua publicação científica na Nature que seu sistema poderia ser usado para compostos de fármacos, marcadores fluorescentes, catalisadores e monômeros, abrindo muitas aplicações potenciais.
Além disso, tal sistema oferece a possibilidade de liberar diferentes unidades de carga em uma sequência definida.
Aplicações de Rotaxanos
Biotecnologia
A aplicação mais imediata será em sistemas de entrega de fármacos. Atualmente, este campo é dominado pelo uso crescente de conjugados anticorpo-fármaco.
Graças à natureza precisa da terapia por ultrassom, sistemas de entrega baseados em rotaxano poderiam permitir a entrega de fármacos apenas em pontos específicos do corpo. O sistema já foi testado para a entrega de doxorubicina, um potente agente quimioterápico de amplo espectro.
Os resultados iniciais de pesquisa demonstraram uma eficiência de liberação de 71% usando ultrassonicação e 65% no teste com doxorubicina.
Materiais Autorreparáveis
Muitos materiais, de metais a plásticos, se beneficiariam de poder “autorrecuperar” quando sofrem estresse mecânico, fissuras ou impactos.
Como os rotaxanos que reagem à força mecânica reagiriam apenas no ponto de estresse, eles poderiam ser usados para liberar sistemas de reparo exatamente onde necessário, antes que o dano se torne mais significativo.
Isso poderia abrir a possibilidade de telas autorreparáveis, peças metálicas ou até mesmo concreto.
As propriedades autorreparáveis não durariam para sempre, mas poderiam melhorar significativamente a durabilidade dos materiais. Especialmente porque seria necessário que os danos ocorressem no mesmo ponto duas vezes, onde os rotaxanos já estariam esgotados, para que as propriedades de reparo falhem.
Sensores & Segurança
Como este novo sistema de rotaxano também pode ser usado para liberar marcadores fluorescentes (e potencialmente marcadores de cor), ele poderia ser usado como um “sistema de aviso” para danos que de outra forma permaneceriam invisíveis. Isso poderia ser muito útil para revelar estresse mecânico ou fadiga metálica em estruturas e máquinas antes que ocorra uma ruptura catastrófica.
Ele também poderia ser usado para comprovar a integridade de uma vedação ou recipiente, como em produtos farmacêuticos ou alimentícios.
Empresas de Rotaxano
Rotaxanos são, por enquanto, uma classe experimental de moléculas que são produzidas e estudadas principalmente em laboratórios. No entanto, algumas empresas estão experimentando materiais autorreparáveis e entrega de fármacos baseada em ultrassom.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Esta startup de biotecnologia está aproveitando suas terapias mediadas por acústica (Acoustic Cluster Therapy ou ACT) para tratar o câncer aumentando a captação de quimioterapia pelas células cancerosas.
Fonte: Exact Therapeutics
A empresa está atualmente na fase 2 de ensaios clínicos para câncer de pâncreas e na fase 1 para pacientes com metástases hepáticas secundárias ao câncer colorretal.
Atualmente, utiliza microbolhas carregadas negativamente e microgotas carregadas positivamente, mas também poderia usar rotaxanos no futuro para uma entrega de fármacos ainda mais concentrada e eficiente.
2. Arkema (AKE.PA)
A empresa francesa é fabricante de produtos químicos, criada como spin-off da empresa petroquímica Total, focando em adesivos, revestimentos e materiais avançados, cada um representando aproximadamente 1/3 da atividade total.
Notavelmente, tem trabalhado em elastômeros e borrachas autorreparáveis desde 2009.
A empresa está ativa em muitas classes químicas e é utilizada em praticamente todas as indústrias.
Fonte: Arkema
A estratégia da Arkema é ser o fornecedor líder em cada nicho que ocupa, estando entre o #1 e #3 mundial em 90% do portfólio.
Considerando a presença de longa data em materiais autorreparáveis e a valiosa propriedade intelectual da empresa, isso pode torná-la um candidato principal para implantar tecnologia comercial de rotaxano no futuro.
3. Autonomic Materials
Fonte: Autonomic Materials
A empresa de capital privado especializa-se em materiais autorreparáveis, especialmente revestimentos contra corrosão, com uma ampla gama de aplicações e indústrias.
Os produtos químicos de revestimento da empresa reagem assim que aparece uma microfissura, impedindo que danos adicionais se espalhem. Se o dano for muito grande, também selam novamente as bordas da zona danificada, evitando perda de adesão e subsequente delaminação do revestimento.
A empresa afirma um desempenho muito alto ao mesmo tempo em que alcança um nível muito baixo de emissões de VOC (Compostos Orgânicos Voláteis), algo que pode ser tóxico e causar problemas de segurança em ambientes industriais.
Fonte: Autonomic Materials
