Melhorando a terapia do câncer usando bactérias fotossintéticas funcionalizadas

Jul 11, 2023

29 de agosto de 2023

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pelo Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão

Visar tumores malignos com alta precisão é um desafio para os pesquisadores biomédicos. No entanto, é provável que este cenário testemunhe uma mudança de paradigma num futuro próximo através do uso de bactérias especialmente projetadas que podem eliminar células malignas de forma eficiente.

O uso de bactérias para atingir células cancerígenas, ou terapia bacteriana, pode ser aprimorado ainda mais por meio da engenharia genética e da nanotecnologia. No entanto, a sua eficácia pode ser prejudicada devido a restrições técnicas e ao potencial desenvolvimento de resistência aos antibióticos. Portanto, é crucial conseguir a modificação química moderada, mas eficaz, das bactérias para melhorar a biocompatibilidade e funcionalidade, de modo que as suas capacidades médicas não sejam comprometidas.

Recentemente, certos tipos de bactérias fotossintéticas roxas (PPSB) ganharam destaque pelo seu potencial para enfrentar os desafios da terapia bacteriana. Explorando isso ainda mais, os pesquisadores publicaram um estudo na Nano Today que relata o uso de PPSB quimicamente modificado para detectar e eliminar células cancerígenas difíceis de erradicar em um modelo de camundongo.

O estudo, liderado pelo Professor Associado Eijiro Miyako do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), selecionou Rhodopseudomonas palustris (RP) como a bactéria ideal para a condução dos estudos. "RP demonstrou excelentes propriedades, como fluorescência no infravermelho próximo (NIR), conversão fototérmica e baixa citotoxicidade. Absorve luz NIR e produz radicais livres - uma propriedade que pode ser utilizada para matar células cancerígenas", explica o Prof.

Na tentativa de melhorar a eficácia terapêutica da cepa isolada, a equipe buscou modificações químicas para alterar as membranas bacterianas. Primeiro, eles realizaram a PEGilação da membrana, ou a fixação de derivados de polietilenoglicol às paredes celulares bacterianas. Pesquisas anteriores indicam que a PEGilação bacteriana ajuda a escapar da resposta imunológica do hospedeiro e converte a energia luminosa em calor, que pode então ser utilizada para eliminar seletivamente as células cancerígenas.

Os resultados iniciais foram encorajadores. Por exemplo, o revestimento da superfície da membrana RP com uma Âncora Biocompatível para Membrana (BAM) não afetou negativamente a viabilidade das células RP durante pelo menos uma semana. Além disso, os RPs funcionalizados pelo BAM não foram eliminados via fagocitose por macrófagos – células que desempenham um papel fundamental nas ações defensivas do sistema imunológico contra invasões bacterianas.

Em seguida, os pesquisadores anexaram um conjugado fluorescente Alexa488-BSA aos RPs funcionalizados com BAM, criando assim um complexo bacteriano com um marcador fluorescente rastreável. Este conjugado foi posteriormente substituído por um anticorpo PD-L1. Estudos anteriores mostraram que as células cancerígenas expressam uma proteína chamada Ligante 1 de Morte Celular Programada (PD-L1) em sua superfície. PD-L1 pode desligar suavemente o sistema de defesa do hospedeiro ligando-se aos receptores PD-1. Isso permite que as células cancerígenas evitem a detecção e eliminação imunológica. Os anticorpos anti-PD-L1 bloqueiam esta interação, evitando assim que as células cancerosas contornem a destruição mediada pelo sistema imunológico.

Como esperado, tanto o anti-PD-L1 – BAM – RP quanto o RP inibiram o crescimento do tumor em um modelo murino de câncer de cólon. No entanto, anti-PD-L1 – BAM – RP, BAM – RP e RP, quando excitados com um laser, mostraram um efeito anticancerígeno especialmente dramático. Na verdade, os tumores sólidos desapareceram completamente após a irradiação a laser de anti-PD-L1 – BAM – RP, BAM – RP ou RP que foram injetados em camundongos portadores de tumor. Além disso, ao avaliar as propriedades de conversão fototérmica, tanto o anti-PD-L1 – BAM – RP quanto o RP natural exibiram forte conversão fototérmica devido à presença de moléculas de bacterioclorofila (BChl) acionadas pela luz.