Pesquisadores da Universidade Northwestern desenvolveram uma nova abordagem para combater doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica (ELA).
Nestas doenças graves, proteínas se deformam e se acumulam ao redor das células do cérebro, levando à morte celular. O novo tratamento consegue prender essas proteínas antes que formem estruturas tóxicas que penetram nos neurônios. As proteínas presas se degradam sem causar danos ao organismo.
A estratégia de “limpeza” aumentou a sobrevivência de neurônios humanos cultivados em laboratório quando expostos a proteínas que causam doenças.
O estudo foi escolhido como um dos destaques pela revista da Sociedade Americana de Química e será publicado em 14 de maio. Samuel I. Stupp, autor principal, fala sobre o potencial dos nanomateriais na luta contra as causas dessas doenças.
Ele explica que, nessas doenças, as proteínas perdem sua forma funcional e se agrupam, criando fibras destrutivas que são muito tóxicas para os neurônios. O tratamento desenvolvido consegue impedir que essas fibras se formem no início.
Stupp é um dos pioneiros em medicina regenerativa e professor em várias áreas na Northwestern. Ele também é o diretor do Centro de Nanomedicina Regenerativa. A primeira autora do estudo é Zijun Gao, uma estudante de doutorado em seu laboratório.
A equipe liderada por Stupp desenvolveu e caracterizou os novos materiais terapêuticos. Zaida Alvarez, co-autora do artigo, testou as terapias nos neurônios humanos, trazendo experiência do Instituto de Bioengenharia da Catalunha, na Espanha.
Uma solução “doce”
De acordo com a Organização Mundial da Saúde, cerca de 50 milhões de pessoas no mundo podem ter alguma doença neurodegenerativa. Essas doenças se caracterizam pela acumulação de proteínas deformadas no cérebro, levando à perda progressiva de neurônios. Os tratamentos atuais oferecem alívio limitado, e há uma grande necessidade de novas terapias.
Buscando resolver esse problema, os pesquisadores usaram uma classe de peptide amphiphiles que possui cadeias de aminoácidos modificadas. Esses compostos já são utilizados em medicamentos conhecidos, como o semaglutídeo, o famoso Ozempic. Em 2012, a equipe de Northwestern criou uma molécula parecida que aumentou a produção de insulina.
Stupp comenta que a vantagem dos medicamentos baseados em peptídeos é que eles se degradam em nutrientes. As moléculas dessa nova terapia se quebram em lipídios, aminoácidos e açúcares que não causam efeitos colaterais prejudiciais.
Nos últimos anos, o grupo de Stupp projetou muitos materiais baseados em peptídeos para diferentes usos terapêuticos. Para criar um peptide amphiphile que tratasse doenças neurodegenerativas, a equipe adicionou um ingrediente especial: um açúcar natural chamado trehalose.
A trehalose está presente em plantas, fungos e insetos, protegendo-os contra temperaturas extremas, como desidratação e congelamento. Estudos mostraram que a trehalose protege várias macromoléculas biológicas, incluindo proteínas. Então, a equipe quis saber se ela poderia estabilizar proteínas deformadas.
A instabilidade é importante
Quando adicionada à água, os peptide amphiphiles se organizam em nanofibras revestidas com trehalose. Curiosamente, a trehalose diminui a estabilidade das nanofibras. Isso, apesar de parecer estranho, teve um efeito positivo.
As nanofibras, sozinhas, são robustas e bem estruturadas, dificultando a entrada de outras moléculas, como as proteínas deformadas. As fibras menos estáveis, por outro lado, se tornaram mais dinâmicas e conseguiram interagir melhor com as proteínas tóxicas.
Stupp menciona que assembléias instáveis de moléculas são muito reativas. Elas têm uma tendência a interagir e se unir a outras moléculas. Se as nanofibras fossem mais estáveis, não se interessariam pelo que está ao redor.
Procurando por estabilidade, as nanofibras se ligaram a proteínas beta-amiloide, uma das principais responsáveis pelo Alzheimer. As nanofibras não apenas evitaram que essas proteínas se agrupassem, mas também as incorporaram em sua estrutura fibrosa, prendendo-as de forma permanente.
Com isso, essas proteínas ruins já não podiam penetrar nos neurônios e causar danos. O que antes era uma fibra de peptide amphiphile se tornou uma nova estrutura hibrida, com a proteína beta-amiloide presa. É como se fossem uma equipe de limpeza para proteínas deformadas.
Esse novo mecanismo pode ajudar a combater a progressão de doenças neurodegenerativas, como Alzheimer, em seus estágios iniciais. Atualmente, os tratamentos dependem da produção de anticorpos para combater as fibras que já estão formadas.
Melhorando a sobrevivência dos neurônios
Para verificar a eficácia desse novo método, os cientistas realizaram testes em laboratório com neurônios humanos derivados de células-tronco. Os resultados mostraram que as nanofibras revestidas de trehalose melhoraram significativamente a sobrevivência de neurônios motores e corticais quando expostos à proteína beta-amiloide.
Stupp acredita que essa abordagem, que usa nanofibras instáveis para prender proteínas, abre uma nova possibilidade para desenvolver terapias eficazes para Alzheimer, ELA e outras condições neurodegenerativas. Ele compara a tratamentos de câncer, que frequentemente combinam várias terapias.
Ele sugere que a terapia poderia ser mais eficaz se usada em estágios mais iniciais das doenças, antes que as proteínas se agreguem e entrem nas células. No entanto, diagnosticar essas doenças cedo é um desafio. Assim, seria possível combiná-la com terapias que atuam nos sintomas de estágios mais avançados, aumentando a eficácia.
O estudo recebeu apoio do Centro de Nanomedicina Regenerativa, do Instituto de Química de Processos Vitais, do Ministério da Ciência da Espanha, do Instituto Nacional de Envelhecimento dos Institutos Nacionais de Saúde e do programa NextGenerationEU da União Europeia.