Um grupo de pesquisa liderado pelos professores Liu Yuan e Jing Ji, do Instituto de Medicina de Hangzhou, e Dai Yunlu, da Universidade de Macau, criou uma nova estratégia chamada rotulagem por proximidade de nanoenzimas (NPL). Este método permite mapear as interações e as trajetórias de nanopartículas em células vivas sem a necessidade de engenharia genética.

As nanopartículas são amplamente utilizadas na medicina para a entrega de medicamentos, genes ou agentes de imagem a áreas específicas do corpo. No entanto, após chegarem a uma célula, diversos fenômenos podem ocorrer. As partículas podem alcançar seu alvo, ser degradadas, interagir com proteínas que auxiliam seu transporte ou com aquelas que dificultam essa movimentação.

Desafios na pesquisa de nanomedicinas

A compreensão do que acontece com as nanopartículas no nível celular sempre foi um desafio para os cientistas. As técnicas de imagem por microscopia óptica oferecem apenas uma visão geral da localização das nanomedicinas. Já as abordagens proteômicas exigem a lise celular, o que pode alterar a distribuição natural das proteínas ao redor da nanopartícula, dificultando a análise do transporte intracelular.

Outra técnica, a rotulagem por proximidade, permite a investigação das interações proteína-proteína dentro da célula, mas depende da fusão de enzimas geneticamente modificadas, o que limita sua aplicabilidade em diferentes sistemas.

Novo método e resultados

O método NPL utiliza nanopartículas de óxido de ferro (Fe3O4) com atividade semelhante à peroxidase para rotular covalentemente proteínas próximas em tempo real. Após ativação com peróxido de hidrogênio, as nanoenzimas rotularam proteínas em um minuto, utilizando um mecanismo similar ao da rotulagem por proximidade baseada em peroxidase de ascórbato.

Ao isolar as proteínas rotuladas e analisá-las por espectrometria de massa, os pesquisadores identificaram as proteínas que interagem com a nanoenzima no ambiente celular nativo. A equipe também comparou os interatomas in situ de nanopartículas direcionadas a mitocôndrias e nanopartículas não direcionadas. As nanopartículas direcionadas mostraram uma ênfase 1,5 vezes maior em proteínas mitocondriais e interagiram com mediadores de tráfego intracelular que facilitaram sua ancoragem às mitocôndrias. Em contraste, as nanopartículas não direcionadas foram predominantemente encaminhadas para vias de degradação lisossomal.

Esta pesquisa fornece uma visão detalhada de como as modificações na superfície das nanopartículas influenciam seus destinos intracelulares. A estratégia NPL, por não exigir modificação genética, pode ser aplicada para dissecar interfaces biológicas de nanomedicinas, possibilitando o estudo de diversas vias de tráfego intracelular e redes de interação, o que representa uma ferramenta poderosa para o design racional e a otimização precisa de nanomedicinas.

A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.