Transformando o tratamento do câncer com ultrassom

A quimioterapia tem sido uma pedra angular do tratamento do cancro, mas a sua eficácia tem um custo. Os poderosos medicamentos usados ​​para matar as células cancerígenas muitas vezes também danificam os tecidos saudáveis, levando a efeitos colaterais que vão desde náuseas e fadiga até danos aos órgãos. Na Faculdade de Artes e Ciências (A&S) da Syracuse University e no BioInspired Institute, uma equipe de pesquisadores está trabalhando para mudar isso.

Xiaoran Hu, professor assistente de química na A&S, desenvolveu um método que poderia permitir que medicamentos que combatem o câncer fossem acionados precisamente onde são necessários – dentro dos tumores – poupando o resto do corpo.

O estudo é publicado no diário Ciência Química.

Hu e sua equipe, que inclui pesquisadores do Departamento de Química, exploraram como as ondas de ultrassom podem ser usadas para ativar medicamentos quimioterápicos apenas em áreas específicas, oferecendo um novo caminho para um tratamento mais seguro e eficaz do câncer.

“Como um passo inicial para o desenvolvimento de uma plataforma de aplicação geral, esta abordagem é promissora para a liberação espacialmente controlada de medicamentos citotóxicos em regiões de tecidos irradiados por ultrassom, minimizando os efeitos colaterais fora do alvo. Simplificando, se um instrumento de ultrassom portátil ou uma ferramenta à beira do leito puder ser usado para orientar ou ativar medicamentos, muitos pacientes poderão se beneficiar no futuro”, diz Hu.

Transformando ondas sonoras em uma solução

No centro da sua investigação está o conceito de pró-fármaco – um composto que permanece inactivo até ser desencadeado para desmascarar os seus efeitos terapêuticos. Tradicionalmente, os pró-fármacos são ativados por condições internas, como pH baixo ou enzimas específicas encontradas em tumores. No entanto, estes gatilhos também podem estar presentes em tecidos saudáveis, levando a efeitos secundários não intencionais.

A equipe de Hu está adotando uma abordagem diferente. Em vez de depender de gatilhos internos, eles estão usando ultrassom, uma tecnologia segura e não invasiva comumente usada em imagens médicas. Ao contrário dos métodos de ativação baseados em luz, que lutam para penetrar nos tecidos profundos, o ultrassom pode atingir tumores localizados nas profundezas do corpo e ser direcionado com precisão.

Controlando a química com ultrassom

O processo começa com um pró-fármaco especialmente concebido que permanece inativo enquanto circula por todo o corpo. Quando o ultrassom é aplicado a uma área específica – como o local de um tumor – ele gera radicais hidroxila, espécies reativas de vida curta que desencadeiam uma transformação química no pró-fármaco. Esta transformação liberta o medicamento ativo precisamente onde é necessário, restaurando o seu poder de combate ao cancro e minimizando a toxicidade para as células saudáveis.

“O ultrassom é uma tecnologia de imagem amplamente utilizada, mas seus efeitos químicos permanecem amplamente inexplorados em contextos biomédicos. Nossa equipe pretende aproveitar o ultrassom para conduzir reações químicas benéficas na biologia e na medicina. A estratégia em nossa mais recente publicação permite a liberação controlada externamente de medicamentos em regiões irradiadas por ultrassom”, diz Hu. “Ele promete minimizar os efeitos colaterais e, ao mesmo tempo, melhorar a precisão do tratamento.”

As implicações para o tratamento do câncer podem ser significativas. Os oncologistas poderiam usar os equipamentos de ultrassom existentes não apenas para diagnóstico, mas também para ativar medicamentos quimioterápicos durante o tratamento. Esse duplo uso poderia agilizar o atendimento e melhorar os resultados.

“O ultrassom já é parte integrante dos procedimentos oncológicos, como o diagnóstico e as intervenções do câncer de mama”, observa Hu. “Nossa plataforma aproveita essa trajetória e é potencialmente traduzível com a infraestrutura de ultrassom existente”.

Do laboratório à clínica

Embora a tecnologia ainda esteja em seus estágios iniciais, Hu e sua equipe estão otimistas quanto ao seu futuro. Eles agora estão trabalhando para refinar a forma como o ultrassom ativa os medicamentos, tornando o processo de liberação ainda mais eficiente. Eles também estão colaborando com outros pesquisadores para aproximar essa tecnologia do uso potencial em pacientes.

Outro aspecto fundamental deste projeto é o valioso treinamento que ele proporcionou. Xuancheng Fu, um pós-doutorado no laboratório de Hu, ajudou a liderar o projeto desde a síntese de materiais até a caracterização química e experimentos baseados em células. Os alunos de pós-graduação Bowen Xu, Hirusha Liyanage e outros contribuíram otimizando as condições experimentais e coletando dados. Assistentes de pesquisa de graduação, incluindo Luke Westbrook, Seth Brown e Tatum DeMarco, também ganharam valiosa experiência de pesquisa por meio deste projeto.

“Esse tipo de experiência prática é inestimável”, diz Hu. “Ele prepara os alunos para enfrentar os desafios do mundo real e contribuir significativamente para o futuro da medicina.”

O impacto potencial da pesquisa de Hu vai muito além do laboratório. Ao permitir uma administração mais precisa de medicamentos, a tecnologia poderá um dia reduzir o custo físico e emocional da quimioterapia, melhorar os resultados dos pacientes e reduzir os custos dos cuidados de saúde.

À medida que a equipa continua a aperfeiçoar o seu método e a avançar para os testes em animais, o seu trabalho exemplifica o tipo de investigação inovadora e interdisciplinar que acontece na A&S – investigação que não só ultrapassa os limites da ciência, mas também mantém a promessa de melhorar vidas.