Micropartículas implantáveis ​​podem fornecer duas terapias contra o câncer ao mesmo tempo

A combinação de fototerapia e quimioterapia poderia oferecer uma forma mais eficaz de combater tumores agressivos.

Pacientes com câncer em estágio avançado muitas vezes têm que passar por várias rodadas de diferentes tipos de tratamento, o que pode causar efeitos colaterais indesejados e nem sempre ajudar.

Na esperança de expandir as opções de tratamento para esses pacientes, os pesquisadores do MIT projetaram pequenas partículas que podem ser implantadas no local do tumor, onde administram dois tipos de terapia: calor e quimioterapia.

Esta abordagem poderia evitar os efeitos secundários que ocorrem frequentemente quando a quimioterapia é administrada por via intravenosa, e o efeito sinérgico das duas terapias pode prolongar a vida do paciente por mais tempo do que administrar um tratamento de cada vez. Num estudo com ratos, os investigadores mostraram que esta terapia eliminou completamente os tumores na maioria dos animais e prolongou significativamente a sua sobrevivência.

“Um dos exemplos em que esta tecnologia específica poderia ser útil é tentar controlar o crescimento de tumores de crescimento realmente rápido”, diz Ana Jaklenec, investigadora principal do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT. “O objetivo seria obter algum controle sobre esses tumores para os pacientes que realmente não têm muitas opções, e isso poderia prolongar a vida deles ou pelo menos permitir-lhes ter uma melhor qualidade de vida durante esse período”.

Jaklenec é um dos autores seniores do novo estudo, juntamente com Angela Belcher, professora James Mason Crafts de Engenharia Biológica e Ciência e Engenharia de Materiais e membro do Instituto Koch, e Robert Langer, professor do Instituto MIT e membro do Instituto Koch. Maria Kanelli, ex-pós-doutorada do MIT, é a autora principal do artigo, que aparece hoje na revista ACS Nano .

Terapia dupla

Pacientes com tumores avançados geralmente são submetidos a uma combinação de tratamentos, incluindo quimioterapia, cirurgia e radiação. A fototerapia é um tratamento mais recente que envolve a implantação ou injeção de partículas que são aquecidas com um laser externo, aumentando sua temperatura o suficiente para matar células tumorais próximas sem danificar outros tecidos.

As abordagens atuais da fototerapia em ensaios clínicos utilizam nanopartículas de ouro, que emitem calor quando expostas à luz infravermelha próxima.

A equipe do MIT queria encontrar uma maneira de administrar fototerapia e quimioterapia juntas, o que eles achavam que poderia tornar o processo de tratamento mais fácil para o paciente e também poderia ter efeitos sinérgicos. Eles decidiram usar um material inorgânico chamado sulfeto de molibdênio como agente fototerapêutico. Este material converte a luz do laser em calor de forma muito eficiente, o que significa que lasers de baixa potência podem ser usados.

Para criar uma micropartícula que pudesse fornecer ambos os tratamentos, os pesquisadores combinaram nanofolhas de dissulfeto de molibdênio com doxorrubicina, uma droga hidrofílica, ou violaceína, uma droga hidrofóbica. Para fazer as partículas, o dissulfeto de molibdênio e o quimioterápico são misturados a um polímero chamado policaprolactona e depois secos em um filme que pode ser prensado em micropartículas de diferentes formatos e tamanhos.

Para este estudo, os pesquisadores criaram partículas cúbicas com largura de 200 micrômetros. Uma vez injetadas no local do tumor, as partículas permanecem lá durante todo o tratamento. Durante cada ciclo de tratamento, um laser infravermelho próximo externo é usado para aquecer as partículas. Este laser pode penetrar a uma profundidade de alguns milímetros a centímetros, com efeito local no tecido.

“A vantagem dessa plataforma é que ela pode atuar sob demanda de forma pulsátil”, afirma Kanelli. “Você administra uma vez por meio de uma injeção intratumoral e, em seguida, usando uma fonte externa de laser, pode ativar a plataforma, liberar o medicamento e, ao mesmo tempo, conseguir a ablação térmica das células tumorais”.

Para otimizar o protocolo de tratamento, os pesquisadores usaram algoritmos de aprendizado de máquina para descobrir a potência do laser, o tempo de irradiação e a concentração do agente fototerapêutico que levaria aos melhores resultados.

Isso os levou a projetar um ciclo de tratamento a laser que dura cerca de três minutos. Durante esse tempo, as partículas são aquecidas a cerca de 50 graus Celsius, o que é quente o suficiente para matar as células tumorais. Também a esta temperatura, a matriz polimérica dentro das partículas começa a derreter, libertando parte do medicamento quimioterápico contido na matriz.

“Este sistema de laser otimizado para aprendizado de máquina realmente nos permite implantar quimioterapia localizada de baixa dose, aproveitando a penetração profunda da luz infravermelha nos tecidos para terapia fototérmica pulsátil sob demanda. Este efeito sinérgico resulta em baixa toxicidade sistêmica em comparação com regimes convencionais de quimioterapia”, diz Neelkanth Bardhan, pesquisador do Break Through Cancer no Belcher Lab e segundo autor do artigo.

Eliminando tumores

Os pesquisadores testaram o tratamento com micropartículas em camundongos que foram injetados com um tipo agressivo de células cancerígenas de tumores de mama triplo-negativos. Após a formação dos tumores, os pesquisadores implantaram cerca de 25 micropartículas por tumor e, em seguida, realizaram o tratamento a laser três vezes, com três dias de intervalo entre cada tratamento.

“Esta é uma demonstração poderosa da utilidade dos sistemas de materiais responsivos ao infravermelho próximo”, diz Belcher, que, junto com Bardhan, já trabalhou em sistemas de imagem no infravermelho próximo para aplicações de diagnóstico e tratamento de câncer de ovário. “Controlar a liberação do medicamento em intervalos programados com luz, após apenas uma dose de injeção de partículas, é um divisor de águas para opções de tratamento menos dolorosas e pode levar a uma melhor adesão do paciente”.

Nos ratos que receberam este tratamento, os tumores foram completamente erradicados, e os ratos viveram muito mais tempo do que aqueles que receberam apenas quimioterapia ou fototerapia, ou nenhum tratamento. Os ratos que passaram pelos três ciclos de tratamento também se saíram muito melhor do que aqueles que receberam apenas um tratamento a laser.

O polímero usado para fabricar as partículas é biocompatível e já foi aprovado pela FDA para dispositivos médicos. Os investigadores esperam agora testar as partículas em modelos animais maiores, com o objetivo de eventualmente avaliá-las em ensaios clínicos. Eles esperam que este tratamento possa ser útil para qualquer tipo de tumor sólido, incluindo tumores metastáticos.

Artigo: “Um sistema otimizado para aprendizado de máquina para tratamento pulsátil, fotoe quimioterápico usando micropartículas baseadas em MoS2 responsivas ao infravermelho próximo em um modelo de câncer de mama”