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Desenvolvimento e aplicação de biomateriais teranósticos: avaliação da resposta celular às nanopartículas fluorescentes de fosfatos de cálcio dopados com lantanídeos e magnésio e da sua aplicabilidade como vetores não-virais para terapia gênica

Processo: 19/16187-9
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Pesquisa
Vigência (Início): 26 de agosto de 2019
Vigência (Término): 25 de fevereiro de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Flávia Rodrigues de Oliveira Silva
Beneficiário:Flávia Rodrigues de Oliveira Silva
Anfitrião: Pall Thordarson
Instituição-sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
Local de pesquisa : University of New South Wales (UNSW), Austrália  
Assunto(s):Terapia genética   Elementos da série dos lantanídeos   Fosfatos de cálcio   Luminescência

Resumo

Agentes teranósticos têm surgido como uma poderosa modalidade multifuncional para conciliar as estratégias terapêuticas e diagnósticas em uma única partícula tudo-em-um. A versatilidade destas estruturas baseadas em nanomateriais encontra grande aplicabilidade no campo da terapia gênica, que é uma abordagem terapêutica que pode, teoricamente, ser usada para o tratamento e prevenção de qualquer doença. Trata-se de uma técnica baseada na transfecção de genes terapêuticos para substituir, suplementar ou silenciar genes defeituosos, e que tem como maior desafio o transporte bem-sucedido dos ácidos nucléicos ao seu destino. Diferentes veículos carreadores têm sido investigados, sendo a grande maioria baseado em vírus, que embora eficientes, seu envelope proteico ainda traz sérias limitações devido à biosegurança. Por isso, um vetor não-viral sintético na forma de nanopartícula oferece uma alternativa bastante atraente e promissora. Estudos têm demonstrado alta eficiência e biocompatibilidade das nanopartículas de fosfatos de cálcio (CaP), na forma de HA e B-TCP, como vetores quando comparados a outros carreadores de genes não virais. A grande dificuldade no uso dos vetores CaP é a síntese de partículas homogêneas e monodispersas, de tamanho nanométrico (10 a 200nm), em condições que permitam a complexação dos genes terapêuticos ao vetor CaP. Nesse contexto, o desenvolvimento de CaPs dopados com Lantanídeos e/ou Magnésio é muito interessante, pois substituindo o Ca2+, o Mg2+ e o Ln3+ permitem a obtenção de nanopartículas menores devido ao raio atômico menor e o Ln3+ ainda torna o biomaterial um vetor fluorescente que possibilita o seu bioimageamento in vitro e in vivo, monitorando a entrega do ácido nucléico, tornando-o um biomaterial teranóstico multifuncional. Ainda, a complexação dos CaPs com moléculas orgânicas propicia a funcionalização dessas nanopartículas, possibilitando a otimização da sua aplicação como nanovetores para terapia gênica. A observação direta da interação celular com esses nanomateriais requer a utilização de técnicas microscópicas de super-resolução, que além de possibilitar a elucidação de processos celulares, ainda permite analisar as células vivas, em tempo real, monitorando as nanopartículas no interior celular através da sua fluorescência intrínseca, bem como pelo tempo de vida, graças às propriedades luminescentes pela dopagem com os íons Ln3+. Esta solicitação de bolsa de pesquisa no exterior visa a continuação do desenvolvimento dos projetos FAPESP PDIP 2017/50332-0 e BPE nº 2018/18928-3, em colaboração entre o IPEN e a UNSW -Sydney/Austrália, sob a supervisão do Prof. Pall Thordarson, tendo como objetivo dar prosseguimento no estudo da interação celular com as nanopartículas de fosfatos de cálcio puros e dopados com Ln e/ou Mg, antes e após a funcionalização com diferentes moléculas orgânicas e/ou poliméricas, com a finalidade de entender a resposta celular aos nanovetores não-virais desenvolvidos, utilizando-se para isso o microscópio de fluorescência multifotônico de super resolução (Zeiss LSM 880), da UNSW. A compreensão dos eventos intracelulares desencadeados por esses biomateriais é parte essencial para o desenvolvimento e aprimoramento desses agentes teranósticos. Essa etapa vem sendo realizada na UNSW que dispõe de equipamentos de última geração, como o microscópio supramencionado, e que ainda não se tem disponível no Brasil. Paralelamente vêm sendo realizados os estudos dessas nanopartículas como vetores não virais em testes de transfecção celular. Para uma transfecção bem sucedida, faz-se necessário que os biomateriais transponham todas as barreiras impostas pelas células, e o conhecimento de como as células interagem com esses biomateriais elucidará a importância da composição, estrutura, formato, tamanho, carga e modificação química superficial das nanopartículas de fosfatos de cálcio, para a sua aplicação como vetores não-virais e em outras áreas médicas.