Os cientistas desenvolveram um novo método para armazenar materiais biológicos, como RNA e proteínas, em estado sólido. O armazenamento em estado sólido se assemelha à forma de uma pílula ou comprimido, que se dissolve em água para uso sob demanda. A inovação oferece uma nova maneira de superar as limitações atuais no armazenamento e manuseio de produtos derivados de células vivas usadas para diversos fins de saúde e pesquisa científica.

Os materiais biológicos que são frequentemente usados ??no desenvolvimento de novos medicamentos e ferramentas de teste de diagnóstico, como mRNA, enzimas e anticorpos, são altamente sensíveis às mudanças nas condições ambientais durante o armazenamento, transporte e manuseio. Quando não são armazenados e manuseados adequadamente, podem se degradar ou se tornar inativos. O resultado é uma limitação fundamental ao acesso em comunidades carentes e com recursos limitados.

Por exemplo, o lançamento da vacina Pfizer COVID foi limitado em velocidade e amplitude devido à necessidade de freezers para armazenamento e transporte. De forma mais ampla, mesmo quando a infraestrutura de refrigeração está presente, as falhas ocorreram em mais de 10% dos casos, resultando em mais de US$ 35 bilhões em perdas anuais, de acordo com o IQVIA Institute for Human Data Science.

Para superar algumas das principais limitações, pesquisadores da California Polytechnic State University (Cal Poly) em San Luis Obispo, CA, desenvolveram o novo método para armazenar materiais biológicos com grande potencial para uso pelas comunidades científica e médica.

Quando a maioria de nós abre nossos armários de remédios, encontramos drogas farmacêuticas armazenadas em formas como líquidos, pós embalados em cápsulas, pílulas e comprimidos. Os produtos farmacêuticos provaram que cada forma desempenha um papel importante na forma como o medicamento é armazenado e usado.

Salvo algumas exceções, materiais biológicos, como medicamentos, estão atualmente limitados a serem armazenados como líquidos congelados ou refrigerados e pós liofilizados. A ausência de um formulário tipo tablet limitou o campo, muitas vezes dificultando o acesso aos locais e usuários onde eles são necessários.

"Assim como os comprimidos mudaram a forma como tomamos medicamentos, a plataforma de armazenamento em estado sólido abre novas possibilidades de como manuseamos e usamos materiais biológicos, liberando o potencial para terapias existentes e biotecnologias emergentes", disse o Dr. Javin Oza, professor associado em química e bioquímica, que lideraram as pesquisas sobre a nova plataforma de armazenamento.

A maioria dos materiais biológicos requer armazenamento como líquidos que são congelados em congeladores durante o seu prazo de validade. Como sociedade, conseguimos isso por meio de um sistema complexo e integrado de refrigeradores e freezers, conhecido como cadeia de frio. Nos últimos anos, muitas equipes de pesquisa, incluindo o grupo da Cal Poly, fizeram progressos na liofilização de materiais biológicos , o que melhorou a maneira como são armazenados e manuseados, mas o uso da liofilização permanece limitado.

O armazenamento em estado sólido de produtos biológicos representa o próximo grande passo porque os comprimidos oferecem vantagens únicas para melhor preservar o material que encapsulam. Por exemplo, a inovação permite que os pesquisadores embalem materiais biológicos em comprimidos que podem ser armazenados em uma prateleira à temperatura ambiente e adicionados à água para serem dissolvidos para uso sob demanda. Além de garantir a estabilidade e a atividade dos materiais biológicos , o armazenamento em estado sólido foi desenvolvido para garantir que os comprimidos se desintegrem e se dissolvam rapidamente na água.

"Nossa inovação torna o armazenamento e o uso de produtos biológicos tão fáceis quanto um comprimido Alka-Seltzer, basta colocá-lo na água, misturar e está pronto para uso", acrescentou Oza.

Como um caso de teste para a capacidade da plataforma de armazenamento em estado sólido de suportar uma mistura complexa de produtos biológicos, a equipe demonstrou que o maquinário da célula capaz de decodificar informações genéticas para produzir RNA e proteínas pode ser armazenado em estado sólido. Quando adicionado à água, o maquinário é reativado para decodificar a informação genética como se ainda estivesse dentro da célula. A equipe também deu um passo adiante para demonstrar que as ferramentas biotecnológicas emergentes, como o CRISPR, podem ser ativadas após o armazenamento em estado sólido.

Os resultados da equipe demonstram potencial para uma ampla gama de aplicações. A capacidade de armazenar produtos biológicos em temperatura ambiente e ativá-los sob demanda pode ser útil para fornecer terapias a locais remotos onde a cadeia de frio não está disponível. Por exemplo, pode-se imaginar a produção portátil e sob demanda de vacinas para locais remotos. A plataforma também pode ser usada para testes de diagnóstico de qualquer coisa, desde triagem de COVID-19 até testes de contaminantes de águas residuais, simplesmente alterando a composição dos comprimidos. Para utilização em campo, o armazenamento em estado sólido tem o benefício adicional de ser simples de usar, reduzindo a necessidade de treinamento especializado de técnicos, melhorando ainda mais o acesso no ponto de necessidade.

Outras melhorias na plataforma serão necessárias para atender a casos de uso específicos. Os pesquisadores antecipam que modificações adicionais, como revestimentos, podem ajudar o armazenamento em estado sólido a ser mais adequado para suportar ambientes extremos, como calor, umidade e produtos químicos. Além disso, melhorias contínuas em tratamentos e revestimentos para os produtos biológicos em estado sólido podem levar a comprimidos de medicamentos biológicos que podem ser tomados por via oral em vez de injeções. Se forem bem-sucedidos, medicamentos como insulina e Humira (tratamento imunossupressor para artrite) poderão um dia ser tomados por via oral, em vez de injeções, melhorando a qualidade de vida de milhões de pessoas.

Como o campo da biotecnologia está crescendo rapidamente, os impactos potenciais se estendem além dos cuidados de saúde e atingem a biomanufatura, educação e pesquisa. A inovação provavelmente também afetará a maneira como os produtos biológicos são transportados ao redor do mundo e ao espaço para a produção sob demanda de terapias que salvam vidas.