Hidrogéis baseados em nucleotídeos de RNA para encapsulamento de quimioterápicos - Mori, Renata Lara [UNIFESP] (2024)
Introdução: O câncer é um dos maiores desafios de saúde da nossa época, sendo que o padrão-ouro para seu tratamento ainda é o uso de quimioterápicos, geralmente administrados por vias intravenosa ou oral. Uma classe importante de quimioterápicos são os antimetabólitos, moléculas análogas às bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos, capazes de “enganar” as células cancerosas, levando-as a incorporar o fármaco em seu genoma e inibir sua replicação. No entanto, esses fármacos possuem efeitos colaterais que comprometem significativamente a qualidade de vida do paciente. Uma estratégia com potencial para mitigar tais efeitos é o uso de sistemas de liberação controlada, entre os quais matrizes de hidrogel ocupam posição privilegiada. Dentro desse contexto, investigamos nesta dissertação um grupo de hidrogéis híbridos formados a partir da auto-organização conjunta do amino ácido fenilalanina protegido com o grupo fluorenilmetóxido (Fmoc-Phe) e de monofostatos dos nucleosídeos de RNA guanosina (GMP), citidina (CMP) e uridina (UMP). A essas matrizes incorporamos com sucesso os antimetabólitos 5-fluoracil (5-FU) e 6-mercaptopurina (6-MP), análogos de bases purinas e pirimidinas, respectivamente. Objetivo: O objetivo principal foi desenvolver um protocolo de síntese para a obtenção de matrizes mistas de hidrogéis, combinando grupos Fmoc-Phe e nucleotídeos de RNA, capazes de encapsular os quimioterápicos 5-FU e 6-MCP. Além disso, buscamos fornecer uma caracterização estrutural completa da organização desses materiais, abrangendo desde a escala nanoscópica até propriedades mecânicas, e testar seu potencial como sistema de liberação. Métodos: O protocolo de síntese envolveu a co-solubilização dos componentes (aminoácidos, nucleotídeos e fármacos) em buffer aquoso, seguida de uma rampa térmica. As técnicas utilizadas para a caracterização das amostras incluíram microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microscopia óptica de luz polarizada, UV-Vis, espalhamento de raios X a baixo ângulo, espectroscopia de fluorescência, reologia e testes de liberação. Algumas características de citotoxicidade foram investigadas preliminarmente por meio de ensaios microbiológicos com leveduras. Resultados: Fomos bem-sucedidos na produção de hidrogéis combinando Fmoc-Phe e nucleotídeos em concentrações finais da ordem de 1%, sendo possível obter matrizes baseadas em guanosina, citidina e uridina, mas não em adenosina. A caracterização estrutural demonstrou de forma clara que essas matrizes são estabilizadas por uma rede de fibras nanoscópicas entrelaçadas, típicas de géis físicos. Ensaios de reologia mostraram que, independentemente do nucleotídeo utilizado, os módulos de armazenamento (G’) são superiores aos módulos de perda (G’’), indicando estruturas bem organizadas. O levantamento de diagramas de fase mostrou que as matrizes mantêm estabilidade até temperaturas da ordem de 40 °C, compatíveis com temperaturas fisiológicas. Foi possível incorporar nesses sistemas 6-MP em proporções da ordem de 0,3%, mantendo a estabilidade dos géis. No entanto, embora a incorporação de 5-FU tenha sido possível, observou-se a desestabilização das matrizes. Análises de microscopia eletrônica combinadas com espectroscopia de energia dispersiva mostraram que os fármacos se acumulam em domínios no interior da matriz, com cristalinidade indicada por ensaios de microscopia de luz polarizada. Ensaios de liberação de 6-MP mostraram cinéticas de primeira ordem, sendo que matrizes baseadas em GMP apresentaram taxas mais rápidas. Embora ensaios de tolerância celular em cultura de levedura tenham apontado baixa citotoxicidade, testes preliminares mostraram certa toxicidade em relação a células de mamíferos. Conclusão: Conseguimos desenvolver um protocolo simples para produzir matrizes coloidais à base de nucleotídeos e peptídeo do grupo Fmoc, incorporando os quimioterápicos 5-FU e 6-MP. No entanto, a produção de matrizes estáveis não foi possível com monofosfato de adenosina, sugerindo que o grupo carbonila disponível em todas as demais nucleobases desempenha um papel preponderante no processo de auto-organização. Através das técnicas de caracterização, foi possível observar que os quimioterápicos formam domínios cristalinos no interior das redes de nanofibras que constituem as matrizes coloidais. Todas as matrizes mantiveram estabilidade com a incorporação de 6-MP, mas foram desestabilizadas pelo 5-FU. Além disso, observou-se que esses sistemas funcionam como matrizes de liberação controlada, embora os efeitos de citotoxicidade precisem ser considerados e contornados para uso efetivo em aplicações biomédicas.