junto ao tecido-alvo, as gaiolas tiveram seu preparo e utilização descritos na edição de novembro de 2009 da versão on-line do periódico Nature Materials (DOI: 10.1038/NMAT2564).

O primeiro passo foi produzir cubos cristalinos de prata com base em uma solução de nitrato de prata em meio redutor. Nestas condições, os cátions são convertidos em prata metálica, precipitando, na presença de cristais-semente, com geometria cúbica. Na segunda etapa do processo, os cubos de prata funcionam como matrizes para a formação das gaiolas de ouro. Para tanto, são aquecidos em solução de ácido cloroáurico, HAuCl4, produzindo-se substituição galvânica, na qual os íons de ouro recolhem elétrons dos átomos de prata, precipitando na forma metálica sobre as faces dos cubos. A prata, por sua vez, retorna à forma iônica, solúvel.

Mudança de fase – As nanogaiolas de ouro assim formadas, à semelhança de partículas coloidais, exibem a propriedade de absorver luz em determinadas faixas de comprimentos de onda, dependendo da espessura de suas paredes. Radiações de laser, em comprimentos de onda entre 750 e 900 nanômetros, na região do infravermelho próximo, são preferidas pelos pesquisadores, pois produzem dois efeitos desejáveis: (1) ao absorver a radiação, as nanogaiolas a convertem em energia térmica e esquentam; (2) tecidos do corpo humano são relativamente transparentes à radiação nestes comprimentos de onda, permitindo que ela penetre no corpo, alcançando profundidades da ordem de vários centímetros.

Para funcionarem como transportadores de fármacos, as gaiolas de ouro requerem um último detalhe, na forma de um revestimento de poli(N-isopropilacrilamida), (pNIPAAm). Polímeros desta classe são sensíveis à temperatura, apresentando propriedades distintas quando submetidos a
 

temperaturas acima ou abaixo de determinada temperatura crítica. Antes da mudança de fase, as cadeias de polímeros têm propriedades hidrófilas e se posicionam em volta das gaiolas como pelos eretos. Nesta configuração, funcionam como vedação, impedindo a saída do fármaco contido no interior das gaiolas. Entretanto, ultrapassada a temperatura crítica – parâmetro ajustável, dependendo da estrutura química do polímero, abrangendo entre 32 e 39 graus –, as cadeias se tornam hidrofóbicas, encolhendo e liberando os poros das gaiolas para permitir a livre passagem de seus conteúdos. Liberada a dose desejada, pelo tempo programado, o feixe de raios laser, aplicado sobre o tumor, é desligado, revertendo o polímero à sua configuração original e bloqueando o efluxo de fármaco (Figura 1a).

Além da pNIPAAm, cuja temperatura de transição é de aproximadamente 32 graus, os pesquisadores sintetizaram um derivado, pNIPAAm-co-pAAm, copolímero de poli(N-isopropilacrilamida) com poliacrilamida (pAAm), cuja temperatura de transição – 39 graus – é apropriada à veiculação de fármacos no organismo humano. A fixação dos polímeros ao ouro se dá por meio de ligações covalentes ouro-tiolato, possibilidade aberta com a incorporação de uma molécula iniciadora, contendo grupos dissulfeto, às cadeias de polímero (Figura 1b).

A publicação descreve ensaio in vitro realizado em culturas de células de câncer de mama com doxorubicina engaiolada, revestida com pNIPAAm-co-pAAm (39 graus), demonstrando a capacidade letal do antineoplásico nestas condições. Êxito comparável foi obtido com lisozima em gaiolas revestidas com o pNIPAAm (32 graus): uma vez liberada, a enzima, que perderia atividade a temperaturas acima de 37 graus, demonstrou a esperada ação hidrolítica sobre paredes de bactérias em cultura.

Penetração – O grupo de Younan Xia está longe de ser o único a desenvolver e ensaiar dispositivos de liberação de fármacos baseados em nanopartículas de ouro. Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology, MIT (Cambridge, MA), descreveram no início de 2009(1) a obtenção de nanopartículas com diferentes formatos, que respondem à radiação no infravermelho próximo em comprimentos de onda diferentes. “Nano-ossos” e nanocápsulas poderiam, na previsão dos autores, ser carregados com fármacos distintos, que seriam liberados em horários diferentes, dependendo do comprimento de onda aplicado, no caso, 1.100 e 800 nm, respectivamente. A publicação relata a formação de nanopartículas de ouro carregadas com centenas de fitas de DNA.

Outras linhas de pesquisa propõem a utilização de nanopartículas de ouro para favorecer a penetração de fármacos em células.

Pesquisadores do Instituto de Colóides e Interfaces Max Planck e da Universidade Ludwig-Maximilian(2), (Potsdam e Munique, Alemanha, respectivamente) e da Universidade de Toronto, Canadá(3), descrevem dispositivos – microcápsulas e nanobastões de ouro, respectivamente, carregados com agentes antitumorais – que, dotados de revestimentos poliméricos, conseguem atravessar membranas celulares. Uma vez no interior das células, as estruturas metálicas são submetidas ao aquecimento via laser, liberando seus conteúdos medicamentosos.

No experimento canadense, os nanobastões, carregados com o antitumoral cisplatina, produziram 78% mais mortes celulares do que a cisplatina isolada, sugerindo que a dose do antitumoral encapsulado poderia ser reduzida para um terço daquela praticada atualmente, graças a um efeito sinérgico produzido entre o agente antineoplásico e a hipertermia local causada pelo ouro aquecido.

Os autores de ambos os trabalhos, que comprovaram resultados animadores apenas em culturas de células, admitem que o desafio maior será dotar as embalagens douradas de propriedades que as tornem capazes de penetrar exclusivamente em células tumorais.

Ligação direta – Estratégia alternativa à dos invólucros de ouro consiste no preparo de estruturas macromoleculares contendo nanopartícula de ouro ligada covalentemente a múltiplas moléculas de fármacos. A técnica foi demonstrada por Eugene Zubarev e colaboradores(4), da Universidade Rice (Houston, TX), na síntese de microcristais de ouro fixados à molécula de paclitaxel (Taxol). O antineoplásico, introduzido em 1967, constitui recurso fundamental no tratamento de tumores de mama e de ovário, entre outros, mas carece de seletividade, o que explica a manifestação de efeitos colaterais graves, como imunodepressão, náuseas e perda temporária de cabelo. Partindo de uma propriedade diferenciada de algumas células tumorais, que apresentam membranas mais
 

permeáveis do que células saudáveis, os pesquisadores esperam elevar eficiência e seletividade do quimioterápico ligando cerca de 70 moléculas do agente a cada partícula de ouro, com cerca de 2 nm de diâmetro. Pressupõem que, com tal volume, as estruturas não tenham acesso às células normais, atenuando a manifestação de efeitos colaterais. A síntese dos adutos ouro-paclitaxel requer, como procedimento inicial, a proteção temporária da hidroxila em C2’(Figura 2) com cloreto de terc-butildimetilsilila (TBS), por ser este grupo essencial à atividade quimioterápica do fármaco. O passo seguinte consiste na ancoragem de moléculas de hexaetilenoglicol (HEG) ao paclitaxel através da hidroxila em C7, considerada desnecessária à interação do fármaco com seus alvos (microtúbulos). No terceiro passo se dá o acoplamento do paclitaxel modificado com partículas de ouro previamente funcionalizadas com 4-mercaptofenol. Finalmente, procede-se à liberação das hidroxilas em C2’, dando origem ao produto desejado.

Multivalência – Processo semelhante ao empregado com paclitaxel foi aplicado por Christian Melander e equipe, da Universidade da Carolina do Norte (Chapel Hill, NC), para demonstrar o potencial de nanopartículas de ouro na obtenção de estruturas multivalentes – nas quais determinadas moléculas aparecem repetidamente – de interesse terapêutico(5). O objeto da pesquisa foi o agente anti-HIV experimental TAK-779, introduzido na década passada como
 

antagonista do receptor CCR5, envolvido na invasão de linfócitos pelo vírus. O novo fármaco acabou arquivado por conta da forte irritação que provoca no local da injeção, causada pela presença, na molécula, de átomo de nitrogênio quaternário. Depois de sintetizar o análogo SDC-1721, destituído do cátion amônio, e confirmar a ausência de atividade da nova molécula sobre o patógeno, os pesquisadores produziram conjugados nos quais doze moléculas do congênere inativo se encontram ligadas covalentemente a partículas de ouro (Figura 3). O produto da síntese apresentou atividade antiviral similar à do protótipo, efeito que os pesquisadores atribuíram à multiplicidade de moléculas na nova estrutura.

Com base no resultado, os autores sugerem o recurso da multivalência, particularmente aquela possível com o emprego de nanopartículas de ouro, como estratégia para o planejamento de novos fármacos, como alternativa à criação de moléculas novas. Assim, adutos de ouro constituiriam nova ferramenta no arsenal de estruturas capazes de bloquear interações biológicas entre macromoléculas, a exemplo de dendrímeros, proteínas e lipossomos.
 

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