Uma equipe multi-institucional de cientistas, coliderada pela Universidade Northwestern, deu um passo crucial rumo a "farmácias vivas" implantáveis — minúsculos dispositivos contendo células geneticamente modificadas que produzem medicamentos continuamente dentro do corpo. Em um novo estudo publicado na revista Device , a equipe modificou células para produzir simultaneamente três substâncias biológicas diferentes: um anticorpo anti-HIV, um peptídeo semelhante ao GLP-1 usado para tratar diabetes tipo 2 e leptina, um hormônio que regula o apetite e o metabolismo. Quando implantado sob a pele de um pequeno modelo animal, o dispositivo manteve as células produtoras de medicamentos vivas e forneceu as três terapias de forma estável e simultânea.

Chamado HOBIT (sistema híbrido de bioeletrônica e oxigenação para terapia implantada), o novo sistema integra células geneticamente modificadas com bioeletrônica produtora de oxigênio. Com aproximadamente o tamanho de um chiclete dobrado, o dispositivo protege as células do sistema imunológico do corpo, ao mesmo tempo que fornece oxigênio e nutrientes para mantê-las vivas e produzindo medicamentos biológicos por várias semanas.

Com mais desenvolvimento, as farmácias vivas têm o potencial de tratar doenças crônicas com uma única terapia de longa duração, eliminando a necessidade de os pacientes carregarem, injetarem ou se lembrarem de tomar medicamentos.

O projeto é liderado em conjunto pela Northwestern, pela Rice University e pela Carnegie Mellon University.

"Este trabalho destaca o amplo potencial de uma plataforma biohíbrida totalmente integrada para o tratamento de doenças", disse Jonathan Rivnay, da Northwestern, um dos principais investigadores do projeto e responsável pelo desenvolvimento do dispositivo.

"Os medicamentos biológicos tradicionais costumam ter meias-vidas muito diferentes, portanto, manter níveis estáveis de múltiplas terapias pode ser um desafio. Como nossas 'fábricas de células' implantadas produzem continuamente esses produtos biológicos, manter as células vivas com nossa tecnologia de oxigenação nos permite sustentar níveis estáveis de várias terapias diferentes simultaneamente."

Rivnay é o Professor Jerome B. Cohen de Engenharia, professor de engenharia biomédica e professor de ciência e engenharia de materiais na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern, membro do Centro de Biologia Sintética e membro do Instituto Querrey Simpson de Engenharia Regenerativa. Ele co-liderou o estudo com Omid Veiseh, da Rice, e Tzahi Cohen-Karni, da Carnegie Mellon.

Embora as farmácias vivas implantáveis possam transformar o tratamento de inúmeras doenças, essas minúsculas fábricas celulares enfrentam uma barreira biológica persistente: o oxigênio.

Quando células geneticamente modificadas são agrupadas dentro de um implante, elas competem por oxigênio para sobreviver. Sem suprimento suficiente, muitas células morrem, limitando a quantidade de medicamento que o implante pode produzir.

Com o HOBIT, a equipe formada por Northwestern, Rice e Carnegie Mellon enfrentou esse desafio desenvolvendo um sistema que gera oxigênio diretamente onde as células precisam dele.

O trabalho baseia-se em um estudo de 2023, no qual Rivnay e seus colaboradores demonstraram um minúsculo dispositivo eletroquímico que gerava oxigênio dividindo moléculas de água próximas.

Embora o estudo anterior, publicado na Nature Communications , tenha demonstrado que o fornecimento local de oxigênio pode melhorar drasticamente a sobrevivência de células terapêuticas implantadas, a nova pesquisa dá um passo além. A versão mais recente integra essa tecnologia de geração de oxigênio em um sistema totalmente implantável e sem fio, projetado para dar suporte a terapias de longo prazo.

O HOBIT contém três componentes principais: uma câmara celular para abrigar as células geneticamente modificadas, um gerador de oxigênio em miniatura e componentes eletrônicos e uma bateria para regular a produção de oxigênio e se comunicar sem fio com dispositivos externos. Como o dispositivo produz oxigênio diretamente dentro do implante, as células recebem um suprimento constante, mesmo em ambientes com baixo teor de oxigênio.

Para demonstrar as capacidades da plataforma, os pesquisadores modificaram células para produzir três substâncias biológicas diferentes, cada uma com uma meia-vida diferente. A equipe implantou os dispositivos sob a pele de ratos e monitorou os níveis dos medicamentos na corrente sanguínea dos animais durante 30 dias.

Nos animais com implantes oxigenados, as medições sanguíneas mostraram níveis sustentados dos três agentes biológicos durante todo o período do estudo. Nos animais com dispositivos implantados sem oxigenação, os agentes biológicos com meia-vida mais curta tornaram-se indetectáveis no sétimo dia. E as moléculas com meia-vida mais longa diminuíram de forma constante ao longo do tempo.

Ao final do período de testes, aproximadamente 65% das células nos dispositivos oxigenados permaneceram viáveis, em comparação com cerca de 20% nos dispositivos de controle.

Em seguida, a equipe de pesquisa planeja testar a tecnologia em modelos animais maiores e explorar aplicações específicas para cada doença, incluindo terapias baseadas em células pancreáticas transplantadas.

"Estamos começando a ver como a bioeletrônica e a terapia celular podem funcionar juntas em uma única plataforma", disse Rivnay.

"À medida que essas tecnologias continuam a se desenvolver, dispositivos como esse poderão eventualmente funcionar como fábricas de medicamentos programáveis dentro do corpo, administrando terapias complexas de maneiras que simplesmente não são possíveis hoje."