A doença de Alzheimer éa sexta principal causa de morte nos Estados Unidos, afetando uma em cada 10 pessoas com mais de 65 anos. Os cientistas estãocriando nanodispositivos para interromper os processos no cérebro que levam a  doena§a.

Em um estudo multidisciplinar, cientistas do Laborata³rio Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), juntamente com colaboradores do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) e do Instituto Avana§ado de Ciência e Tecnologia da Coranãia (KAIST), desenvolveram uma abordagem para impedir a formação de placas criando um dispositivo de tamanho nano que captura os pepta­deos perigosos antes que eles possam se auto-montar.

"Os pepta­deos β-amila³ides surgem do colapso de uma protea­na precursora de amila³ide, um componente normal das células do cérebro", disse Rosemarie Wilton, bia³loga molecular da divisão de Biociências de Argonne. "Em um cérebro sauda¡vel, esses pepta­deos descartados são eliminados".

Nos cérebros propensos ao desenvolvimento da doença de Alzheimer, no entanto, o cérebro não elimina os pepta­deos, deixando-os conglomerados nas placas destrutivas.

"A idanãia éque, eventualmente, uma pasta de nossos nanodispositivos possa coletar os pepta­deos a  medida que eles caem das células - antes que eles tenham a chance de se agregar", acrescentou Elena Rozhkova, cientista do Centro de Materiais em Nanoescala (CNM) de Argonne, Facilidade de Usua¡rio do Office of Science do DOE.

Os pesquisadores cobriram asuperfÍcie do novo nanodispositivo com fragmentos de um anticorpo - um tipo de protea­na - que reconhece e se liga aos pepta­deos Aβ. AsuperfÍcie do nanodispositivo éesfanãrica e porosa, e suas crateras maximizam a área desuperfÍcie dispona­vel para os anticorpos cobrirem. Mais área desuperfÍcie significa mais capacidade de capturar os pepta­deos pegajosos.

Uma molanãcula de anticorpo completa pode ter atéalgumas dezenas de nana´metros de comprimento, o que égrande no campo da nanotecnologia. No entanto, apenas uma fração desse anticorpo estãoenvolvida na atração dos pepta­deos. Para maximizar a eficácia e a capacidade dos dispositivos nanodispositivos, o grupo de Wilton produziu pequenos fragmentos de anticorpos para decorar asuperfÍcie dos nanodispositivos.

Os cientistas da CNM construa­ram a base dos nanodispositivos porosos e esfanãricos a partir de sa­lica, um material que hámuito tempo éutilizado em aplicações biomédicas devido a  sua flexibilidade na sa­ntese e a  sua não toxicidade no corpo. Revestidos com os fragmentos de anticorpo, os nanodispositivos capturam e prendem os pepta­deos Aβ com alta seletividade e força.

"Muitas tentativas de prevenir a doença de Alzheimer se concentraram na inibição de enzimas de cortar pepta­deos β-amila³ides dasuperfÍcie da canãlula", disse Rozhkova, que liderou o projeto na CNM. "Nossa abordagem de eliminação émais direta. Pegamos os blocos de construção da nanotecnologia e da biologia para projetar uma 'gaiola' de alta capacidade que captura os pepta­deos e os limpa do cérebro ".

Na CNM, os cientistas testaram a eficácia dos dispositivos comparando como os pepta­deos se comportavam na ausaªncia e presença dos nanodispositivos. Usando microscopia eletra´nica de transmissão in vitro (TEM), eles observaram um nota¡vel decla­nio na agregação de pepta­deos na presença dos nanodispositivos. Eles analisaram ainda as interações usando microscopia confocal de varredura a laser e medição de termoforese em microescala, duas técnicas adicionais para caracterizar interações em nanoescala.

Os cientistas também realizaram a dispersão de raios-X em a¢ngulo pequeno para estudar os processos que tornam os nanodispositivos porosos durante a sa­ntese. Os pesquisadores realizaram a caracterização de raios-X, liderada por Byeongdu Lee, lider do grupo na divisão de ciências de raios-X de Argonne, na linha de luz 12-ID-B da Fonte de fa³tons avana§ados do laboratório (APS), um escrita³rio de ciências do DOE.

Esses estudos corroboraram o fato de que os nanodispositivos sequestram os pepta­deos do caminho para a agregação em mais de 90% em comparação com aspartículas de sa­lica de controle sem os fragmentos de anticorpos. No entanto, os dispositivos ainda precisavam demonstrar sua eficácia e segurança nas células e cérebros.

Joonseok Lee - que originalmente propa´s esse experimento em Argonne como nomeado pa³s-doutorado do diretor e foi pioneiro no projeto do nanodispositivo - continuou o estudo do potencial terapaªutico desse dispositivo no KIST e no KAIST.

"A posição de pa³s-doutorado do diretor éuma rara oportunidade oferecida em Argonne que permite projetos de pesquisa exclusivos e colaborações em campos que, de outra forma, não seriam possa­veis", disse Rozhkova. "Temos mentes incra­veis no laboratório que desejam explorar tópicos que não se enquadram em uma área predefinida de pesquisa, e este programa incentiva essa criatividade e inovação".

Os experimentos in vivo - experimentos que ocorreram em células vivas - realizados por Lee e seus colaboradores mostraram que os nanodispositivos não são ta³xicos para as células. Eles também testaram a eficácia dos dispositivos no cérebro de camundongos com Alzheimer, demonstrando cerca de 30% de supressão da formação de placas nos cérebros que contem os nanodispositivos em comparação aos cérebros de controle. A pesquisa em ratos foi realizada no KIST e KAIST na Coranãia do Sul com as aprovações governamentais apropriadas.

Este estudo combinou os pontos fortes da engenharia de anticorpos e nanotecnologia, o poder de duas instalações para usuários do DOE em Argonne e a colaboração inovadora resultante do programa de pa³s-doutorado do laboratório para explorar uma abordagem tecnologiica para prevenir a doença de Alzheimer.

Usando uma abordagem semelhante, os cientistas também podem ser capazes de emparelhar as nanoparta­culas de sa­lica com anticorpos diferentes que tem como alvo moléculas relacionadas a outras doenças neurodegenerativas, como a doença de Huntington e a doença de Parkinson, que também envolvem agregação anormal de protea­nas. As nanoparta­culas porosas podem ser melhoradas para uso em aplicações de imagem, incluindo imagens fluorescentes e imagens de ressonância magnanãtica.