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O tratamento da osteodistrofia potencial previne a degradação da cartilagem: material injectável feita de partulas em escala nano podem entregar drogas artrite ao longo cartilagem

osteoartrite, uma doença que causa dor nas articulações severa, afeta mais do que 20 milhões de pessoas nos Estados Unidos. Alguns tratamentos medicamentosos podem ajudar a aliviar a dor, mas não existem tratamentos que possam reverter ou retardar a degradação da cartilagem associada à doença.

Num avanço que poderia melhorar as opções de tratamento disponíveis para a osteoartrite, Engenheiros do MIT desenvolveram um novo material que pode administrar medicamentos diretamente na cartilagem. O material pode penetrar profundamente na cartilagem, entrega de medicamentos que poderiam potencialmente curar tecidos danificados.

Seis dias após o tratamento com IGF-1 transportado por nanopartículas de dendrímeros (azul), as partículas penetraram através da cartilagem da articulação do joelho. Imagem: Brett Geiger e Jeff Wyckoff

“Esta é uma forma de chegar diretamente às células que estão sofrendo os danos, e introduzir diferentes tipos de terapêutica que podem mudar seu comportamento,”diz Paula Hammond, chefe do Departamento de Engenharia Química do MIT, membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT, e autor sênior do estudo.

Em um estudo em ratos, os pesquisadores mostraram que a administração de um medicamento experimental chamado fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF-1) com este novo material evitou a ruptura da cartilagem de forma muito mais eficaz do que injetar a droga sozinha na articulação.

Brett Geiger, um estudante de graduação do MIT, é o autor principal do artigo, que aparece em novembro. 28 emissão de Science Translational Medicine. Outros autores são Sheryl Wang, um estudante de graduação do MIT, Roberto Padera, professor associado de patologia no Brigham and Women's Hospital, e Alan Grodzinsky, um professor do MIT de engenharia biológica.

Melhor entrega

A osteoartrite é uma doença progressiva que pode ser causada por uma lesão traumática, como ruptura de um ligamento; também pode resultar do desgaste gradual da cartilagem à medida que as pessoas envelhecem. Um tecido conjuntivo liso que protege as articulações, a cartilagem é produzida por células chamadas condrócitos, mas não é facilmente substituída quando danificada.

Estudos anteriores demonstraram que o IGF-1 pode ajudar a regenerar a cartilagem em animais. Contudo, muitos medicamentos para osteoartrite que se mostraram promissores em estudos com animais não tiveram um bom desempenho em ensaios clínicos.

A equipe do MIT suspeitou que isso acontecia porque os medicamentos eram eliminados da articulação antes que pudessem atingir a camada profunda de condrócitos que deveriam atingir.. Para superar isso, eles decidiram projetar um material que pudesse penetrar através da cartilagem.

A molécula em forma de esfera que eles criaram contém muitas estruturas ramificadas chamadas dendrímeros que se ramificam a partir de um núcleo central.. A molécula tem carga positiva na ponta de cada uma de suas ramificações, o que ajuda a se ligar à cartilagem carregada negativamente. Alguns desses encargos podem ser substituídos por um curto e flexível, polímero que adora água, conhecido como PEG, que pode oscilar na superfície e cobrir parcialmente a carga positiva. Moléculas de IGF-1 também estão ligadas à superfície.

Quando essas partículas são injetadas em uma junta, eles revestem a superfície da cartilagem e então começam a se difundir através dela. Isso é mais fácil para eles do que para o IGF-1 gratuito, porque as cargas positivas das esferas permitem que elas se liguem à cartilagem e evitem que sejam eliminadas.. As moléculas carregadas não aderem permanentemente, Contudo. Graças às cadeias flexíveis de PEG na superfície que cobrem e revelam a carga à medida que se movem, as moléculas podem se separar brevemente da cartilagem, permitindo que eles se movam mais profundamente no tecido.

“Encontramos uma faixa de carga ideal para que o material possa ligar-se ao tecido e desligá-lo para maior difusão, e não ser tão forte a ponto de ficar preso na superfície,”Geiger diz.

Uma vez que as partículas atingem os condrócitos, as moléculas de IGF-1 ligam-se a receptores nas superfícies celulares e estimulam as células a começarem a produzir proteoglicanos, os blocos de construção da cartilagem e outros tecidos conjuntivos. O IGF-1 também promove o crescimento celular e previne a morte celular.

Reparação conjunta

Quando os pesquisadores injetaram as partículas nas articulações dos joelhos de ratos, eles descobriram que o material tinha meia-vida de cerca de quatro dias, qual é 10 vezes mais longo do que o IGF-1 injetado sozinho. A concentração do medicamento nas articulações permaneceu suficientemente elevada para ter um efeito terapêutico durante cerca de 30 dias. Se isso for verdade para os humanos, os pacientes poderiam se beneficiar muito com injeções nas articulações – que só podem ser administradas mensalmente ou quinzenalmente – dizem os pesquisadores.

Nos estudos com animais, os pesquisadores descobriram que a cartilagem nas articulações lesionadas tratadas com a combinação de nanopartículas e medicamentos foi muito menos danificada do que a cartilagem nas articulações não tratadas ou nas articulações tratadas apenas com IGF-1. As articulações também mostraram reduções na inflamação articular e na formação de esporões ósseos.

“Esta é uma importante prova de conceito que se baseia nos recentes avanços na identificação de fatores de crescimento anabólicos com promessa clínica (como IGF-1), com resultados promissores de modificação da doença em um modelo clinicamente relevante. A entrega de fatores de crescimento usando nanopartículas de uma maneira que sustente e melhore os tratamentos para a osteoartrite é um passo significativo para os nanomedicamentos," diz Kannan Rangaramanujam, professor de oftalmologia e codiretor do Centro de Nanomedicina da Escola de Medicina Johns Hopkins, que não estava envolvido na pesquisa.

A cartilagem nas articulações dos ratos é cerca de 100 mícrons de espessura, mas os pesquisadores também mostraram que suas partículas podiam penetrar em pedaços de cartilagem até 1 milímetro – a espessura da cartilagem em uma articulação humana.

“Isso é uma coisa muito difícil de fazer. Os medicamentos normalmente são eliminados antes de serem capazes de se mover através de grande parte da cartilagem,”Geiger diz. “Quando você começa a pensar em traduzir essa tecnologia de estudos em ratos para animais maiores e, um dia, para humanos, a capacidade desta tecnologia ter sucesso depende da sua capacidade de trabalhar em cartilagens mais espessas.”

Os pesquisadores começaram a desenvolver esse material como forma de tratar a osteoartrite que surge após uma lesão traumática, mas eles acreditam que também poderia ser adaptado para tratar a osteoartrite relacionada à idade. Eles agora planejam explorar a possibilidade de entregar diferentes tipos de medicamentos, como outros fatores de crescimento, medicamentos que bloqueiam citocinas inflamatórias, e ácidos nucléicos, como DNA e RNA.


Fonte: http://news.mit.edu, por Anne Trafton

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