Apelidados de “nanopartículas lipídicas da natureza”, os exossomos são um subconjunto de vesículas extracelulares liberadas das células como parte de sua fisiologia normal ou como resultado de certas patologias. Eles estão ganhando a atenção da comunidade científica devido à sua capacidade de transportar mensagens entre as células na forma de proteínas, ácidos nucléicos e outras biomoléculas. Seu potencial em terapias e diagnósticos está atraindo o interesse de instituições corporativas e acadêmicas. Para prever e aproveitar totalmente o potencial dos exossomos, é importante entender a profundidade e amplitude do cenário da pesquisa.

Nesta série de três partes, exploramos a história dos exossomos antes de descrever a mais recente pesquisa exossomal na administração e diagnóstico de medicamentos. Usando informações do CAS Content Collection™, fornecemos uma visão panorâmica do avanço recente das pesquisas em aplicações de exossomos, destacando as oportunidades e desafios nessa área em rápida expansão.

A evolução das aplicações de exossomos

Faz mais de 50 anos que os pesquisadores observaram partículas minúsculas no plasma humano pela primeira vez. Eles descobriram que esse material, que eles denominaram “poeira de plaquetas”, era rico em lipídios e provavelmente estava envolvido na ativação de plaquetas. No entanto, foi somente na década de 1980 que essas vesículas extracelulares de 30 a 150 nm foram definidas pela primeira vez e elas ficaram conhecidas como "exossomos".

Como os lipossomas, os exossomos são constituídos por uma membrana lipídica e um meio aquoso interno. No entanto, descobriu-se que os exossomos têm uma estrutura mais complexa, contendo uma grande variedade de proteínas e lipídios. Produzidos no compartimento endossomal da maioria das células eucarióticas, os exossomos são subsequentemente liberados no espaço extracelular por meio de fusão com a membrana plasmática. Após a liberação da célula secretora, eles transmitem mensagens às células receptoras por meio de vários mecanismos, incluindo a interação com o receptor de superfície, fusão de membrana, bem como endocitose mediada por receptor, fagocitose e/ou micropinocitose (Figura 1).

Figura 1. Representação esquemática da biogênese e secreção de exossomos. A inserção mostra os constituintes moleculares dos exossomos.

Desde sua caracterização inicial, estudos posteriores revelaram que os exossomos são secretados pela maioria dos tipos de células viáveis, incluindo células imunes, epiteliais intestinais e neurônios. Os exossomos também estão presentes em uma variedade de fluidos biológicos, como sangue, urina, saliva, leite materno, líquido amniótico, sinovial, líquido cefalorraquidiano e até lágrimas.

A via exossomal do tráfego intercelular desempenha um papel significativo em muitas características da saúde e da doença, incluindo imunidade, homeostase tecidual e regeneração. Os exossomos permitem a comunicação intercelular eficiente e a sinalização entre células e através de barreiras biológicas (incluindo a barreira hematoencefálica). Os exossomos são sistemas de transporte celular eficazes, capazes de transportar "cargas" bioativas, como proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. Embora estejam envolvidos em atividades fisiológicas importantes, os exossomos também desempenham um papel significativo na patogênese de doenças, incluindo câncer, doenças cardiovasculares e neurodegenerativas e infecções virais.

Propriedades únicas das partículas de exossomos

Para entender como essas pequenas partículas podem induzir efeitos em larga escala, vamos considerar suas propriedades únicas. Em primeiro lugar, eles são inatamente estáveis devido à sua membrana de bicamada lipídica, permitindo que circulem mesmo no microambiente do tumor. Sua bicamada lipídica também minimiza a imunogenicidade e a toxicidade, auxiliando na sua estabilização no espaço extracelular. Devido às suas origens endógenas, os exossomos também exibem alta biocompatibilidade. Finalmente, os exossomos têm uma excelente capacidade de penetração nos tecidos/células. Devido a essas propriedades, os exossomos têm o potencial de superar várias das limitações associadas a outros sistemas de administração de fármacos. Na verdade, os pesquisadores estão começando a reconhecer as vantagens que os exossomos possuem sobre outros sistemas de transporte de medicamentos.

Insights do CAS sobre a pesquisa de exossomos

Uma análise do CAS Content Collection™ — a maior coleção de conhecimento científico publicado com curadoria humana — revelou informações fascinantes sobre as tendências de publicação de exossomos. Atualmente, existem mais de 40 mil publicações científicas (artigos de revistas e patentes) no CAS Content Collection relacionadas a exossomos/vesículas extracelulares, com um aumento constante e exponencial ao longo do tempo (Figura 2).

Figura 2. Tendências de publicação de revistas e patentes de pesquisa de exossomos na administração e diagnóstico de medicamentos e a associação com o financiamento de pesquisas. (A) Tendências no número de publicações relacionadas a exossomos na administração e diagnóstico de medicamentos, incluindo artigos de revistas e patentes. (B) Número de documentos originários de organizações nos EUA correlacionados com o financiamento anual do NIH.

Nos últimos 3 a 4 anos, os exossomos se tornaram preferíveis às nanopartículas lipídicas (LNPs) como potenciais portadores de medicamentos, e o número de documentos, incluindo patentes e artigos de revistas, relacionados a exossomos aplicados na administração de fármacos ultrapassou significativamente o de LNPs (Figura 3).

Figura 3. Tendências de publicação de exossomos e nanopartículas lipídicas aplicadas à liberação de fármacos. (A) Comparação das tendências no número de publicações relacionadas a exossomos e nanopartículas lipídicas. (B) Comparação das porcentagens correspondentes de publicações relacionadas a exossomos (EX) e nanopartículas lipídicas (LNP) em artigos de periódicos (JRN) e patentes (PAT).

Os principais atores na pesquisa de exossomos

De acordo com a CAS Content Collection, os Estados Unidos, China, Coreia e Japão lideram a pesquisa de exossomos, com o maior número de artigos de periódicos publicados e patentes relacionadas a esse tópico. A atividade de patenteamento relacionada a exossomos também é compartilhada igualmente entre instituições corporativas e acadêmicas, destacando o reconhecimento universal de sua promessa na administração de medicamentos, diagnósticos e muito mais. MD Healthcare, Codiak Biosciences e OncoTherapy Science detêm o maior número de patentes dentre todas as empresas, enquanto a University of California, a University of Louisville e a Zhejiang University são as principais universidades e hospitais (Figura 4). Em termos de distribuição de patentes, a Organização Mundial de Propriedade Intelectual (WIPO) recebeu a maioria dos pedidos de patentes, seguida pelos escritórios de patentes dos EUA e da China, o Escritório Europeu de Patentes (EPO) e os escritórios de patentes coreano e japonês.

Figura 4. Principais cessionários de patentes de empresas (A) e universidades e hospitais (B) para patentes relacionadas a aplicações de exossomos na administração de medicamentos e diagnósticos.

A promessa dos exossomos

Devido às suas propriedades únicas e seu papel em uma ampla gama de processos fisiológicos e patológicos, os exossomos emergiram como uma estrela em ascensão na administração e diagnóstico de medicamentos. As aplicações potenciais desses nanocarreadores naturais são aparentemente ilimitadas, com aplicações prospectivas em cosméticos e alimentos também exploradas.

No próximo blog da nossa série, nos aprofundaremos nas principais aplicações terapêuticas dos exossomos na administração e diagnóstico de medicamentos, com mais informações do CAS Content Collection. Enquanto isso, leia mais sobre este tópico no nosso Relatório de insights sobre exossomos.

A deformulação é o processo de determinação da composição precisa de produtos conhecidos. Partindo de proporções relativas conhecidas de ingredientes, quantidades precisas de cada ingrediente são determinadas. A deformulação também é conhecida como engenharia reversa química. 

A deformulação de produtos químicos permite que as organizações:

• extrapolem novas receitas a partir de formulações existentes;
• melhorem a inteligência competitiva;
• criem parâmetros de referência para produtos competitivos;
• identifiquem falsificações;
• desenvolvam produtos de marca própria.

Embora os pesquisadores tenham se voltado para o aprendizado de máquina para a descoberta e otimização de produtos químicos e materiais, a deformulação geralmente é realizada experimentalmente, com a ajuda de métodos de química analítica. A quantidade relativamente limitada de dados estruturados disponíveis para formulações químicas dificulta muitos esforços de deformulação impulsionados por IA. Muitos dos dados de formulação amplamente disponíveis são incompletos e inconsistentes em seus registros de ingredientes e suas quantidades. 

Treinando modelos preditivos para permitir sugestões rápidas com base em dados de receitas de formulação 

A publicação Industrial Engineering Chemistry Research, Toward Predictive Chemical Deformulation Enabled by Deep Generative Neural Networks, mostra que é possível treinar modelos generativos não supervisionados, autoencoders variacionais (VAEs), para permitir sugestões rápidas baseadas em dados de receitas de formulação. 

A rede neural VAE treinada com dados de formulação curados por cientistas do CAS aprende representações significativas de formulações em várias classes de produtos, como antitranspirantes e cuidados bucais, que tiveram melhor desempenho, em média, do que as abordagens mais convencionais. O artigo afirma que esta abordagem "produz estimativas significativamente mais precisas do que os métodos do concorrente mais próximo, extrapola melhor para formulações significativamente diferentes daquelas vistas anteriormente e fornece uma maneira de alavancar grandes conjuntos de dados para recursos industrialmente relevantes".  

As formulações selecionadas no CAS Content Collection™ oferecem representações consistentes e altamente estruturadas das formulações e identidades químicas dos seus componentes. Devido a processos de curadoria exclusivos, que utilizam tecnologias especializadas e conhecimento científico, o CAS pode identificar consistentemente os componentes químicos de cada formulação, seus agrupamentos e suas quantidades. Os autores relatam que “sem o conjunto de dados do CAS, a validação prática desses métodos generativos para aplicações de deformulação não teria sido possível”.

Explore essas descobertas na publicação: "Toward Predictive Chemical Deformulation Enabled by Deep Generative Neural Networks".

Quer obter previsões de deformulação mais precisas? O CAS Custom Services adapta nossas tecnologias especializadas, conhecimento científico e conteúdo inigualável para atender às suas necessidades exclusivas.  

O gado leva grande parte da culpa pelo problema de emissão de gases de efeito estufa dos alimentos, mas os alimentos à base de plantas também têm uma pegada de gases de efeito estufa sobre a qual ninguém fala.Embora a pecuária seja um grande contribuinte, os “aspectos ocultos”, como a produção de fertilizantes, também contribuem para os 13,7 bilhões de toneladas métricas de equivalentes de CO₂ gerados pelo nosso sistema alimentar.

Fertilizantes, suplementos vegetais (nitrogênio, fósforo, potássio etc.) e práticas de manejo do solo são contribuintes ocultos. Embora nitrogênio, fósforo e potássio sejam cruciais para a agricultura, suas fontes, produção e cadeias de abastecimento contribuem para as emissões de gases de efeito estufa.

Veja o que os especialistas têm a dizer sobre as mais recentes tendências científicas e de mercado para a reciclagem do fósforo e a produção sustentável de fertilizantes. Junte-se a nós às 9h EDT no dia 9 de novembro para um webinar animado e informativo: faça a sua inscrição

A amônia produz emissões imensas de GEE

Enquanto a população mundial continua a crescer, não é surpresa que um relatório da FAO de 2019 preveja que a demanda por nitrogênio para fertilizantes continuará a aumentar.  No caso dos fertilizantes, os métodos tradicionais de produção de amônia (como o processo Haber-Bosch) impulsionam a disponibilidade de fertilizantes de amônia, mas também geram produção significativa de dióxido de carbono. No entanto, muitos dos métodos para atender a essa demanda estão atualmente focados nas práticas tradicionais de produção de amônia, que continuariam a aumentar a produção de gases de efeito estufa.

Uma produção mais ecológica de amônia é possível

Um grande número de pesquisas está em andamento para alcançar uma produção mais ecológica de amônia. Isso pode ser feito por meio da geração da matéria-prima da amônia, o hidrogênio, eletroquimicamente com energia sustentável. Além disso, a química também oferece conceitos mais avançados, como redução fotoquímica ou eletroquímica de nitrogênio. A Figura 1 caracteriza a redução eletroquímica direta do nitrogênio. A análise de Hochman et al descobriu que a abordagem eletrocatalítica direta era menos dispendiosa do que a alternativa com eletrólise de água e Haber-Bosch.

Incentivando a produção ecológica de amônia

Do ponto de vista econômico, a Comissão Europeia planeja impor tarifas sobre as emissões de dióxido de carbono para a importação de mercadorias. O plano tarifário é a solução da UE para evitar que os importadores tenham vantagens sobre os produtores da UE, sujeitos a políticas rígidas de mudança climática. Essas leis serão implementadas ao longo de três anos, de janeiro de 2023 até o final de 2026.

A instabilidade dos preços do gás natural e o panorama geopolítico atual são motores poderosos de inovação para que a Europa encontre alternativas à produção de amônia baseada no gás natural. Juntamente com a eletrólise em larga escala para uma geração de amônia mais acessível, isso tornará a amônia ecológica competitiva em breve.

A dependência do fósforo como recurso natural

Nos últimos anos, tem se falado muito na “crise do fósforo”. A acessibilidade para os agricultores, a poluição, o uso excessivo de fertilizantes e o controle geopolítico dos recursos naturais de extração de fósforo são todos reconhecidos como parte do problema. Também existe a questão da quantidade de rocha fosfática que pode ser extraída e o quão “boa” ela é.  

Isso se torna uma questão de segurança alimentar e hídrica que só aumentará com o crescimento populacional. Os custos de gestão da poluição da água por fosfato são altos, assim como os efeitos tóxicos da proliferação de algas resultante.

Reciclagem de fósforo: uma oportunidade de economia circular

As águas residuais constituem uma fonte privilegiada de fósforo secundário: é necessário retirá-lo para dar acesso à sua recuperação. A reciclagem de fósforo de águas residuais, biossólidos e cinzas de esgoto começa com métodos como a precipitação química e o uso de micro-organismos para aumentar a remoção biológica de fósforo. 

Desde 2001, houve um aumento geral na literatura científica publicada sobre métodos de tratamento de águas residuais associados à recuperação de nutrientes de fertilizantes (Figura 1). Os processos de tratamento biológico são os mais populares na literatura, seguidos pelos métodos físicos e químicos. A recuperação de nutrientes é um aspecto do complexo processo geral de reciclagem de fósforo.

A precipitação de estruvita é um método cada vez mais popular para remover fosfato de águas residuais. Embora melhore o desempenho da estação de tratamento de águas residuais, seu potencial de recuperação de fósforo é baixo.

No entanto, retirar o fosfato das águas residuais é uma parte da questão; recuperá-lo em uma forma utilizável é o nosso próximo desafio, especialmente quando se trata de classes de fertilizantes existentes. Os caminhos tradicionais de produção de fertilizantes têm aplicabilidade limitada na transformação de materiais recuperados em produtos de mercado. 

Vários métodos para a produção de fertilizantes a partir de lodo de esgoto ou cinzas de lodo estão em estágio avançado de desenvolvimento. Esses processos geralmente começam com um resíduo contendo fosfato e depois passam por transformações químicas significativas para obter materiais que podem se encontrar na cadeia de valor. Por exemplo, as tecnologias de reciclagem de fósforo podem incluir grandes demandas energéticas (incluindo secagem intensiva ou etapas de concentração) que precisam ser gerenciadas.

Saiba mais

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Dados obscuros em P&D: como a gestão do conhecimento pode revelar valor oculto

Dados obscuros são definidos pelo Gartner como “os ativos de informação que as organizações coletam, processam e armazenam durante atividades comerciais regulares, mas geralmente falham em usar para outros fins”. Como ninguém sabe quais dados existem ou como acessá-los, os insights que eles contêm permanecem ocultos.

As equipes de pesquisa e desenvolvimento (P&D) acumulam grandes quantidades de dados complexos durante longos períodos de tempo. Se explorados corretamente, esses dados podem ser uma fonte abundante de informações úteis para melhorar a tomada de decisões e impulsionar a inovação. No entanto, os dados podem ser compartimentalizados em vários sistemas de banco de dados desconectados com capacidade limitada de pesquisa, o que torna o acesso às partes verdadeiramente relevantes extremamente difícil e demorado.

De fato, os próprios dados de uma empresa podem ser ocultados de seus pesquisadores, o que significa que experimentos podem ser repetidos desnecessariamente, resultando em prejuízo de tempo e custo. Além de ocultar dados, os sistemas atuais de gerenciamento de dados podem ter dificuldade para conectar dados internos com fontes externas; esta é uma oportunidade perdida de gerar uma gestão mais abrangente e completa do conhecimento.

Estima-se que 55% dos dados armazenados pelas organizações são obscuros. No entanto, cerca de 90% dos executivos e gerentes globais de negócios e TI concordam que toda organização precisará extrair valor desses dados não estruturados para ter sucesso no futuro.

Em outras palavras, se as informações continuarem a ser coletadas, armazenadas e deixadas sem uso, elas continuarão a existir como dados obscuros. Então, como as organizações podem iluminar seus dados valiosos de P&D? Estas são algumas maneiras de desbloquear seu potencial oculto:

1. Determinar onde os dados de P&D mais valiosos se escondem

Para aliviar a barreira dos dados de P&D armazenados em silos, uma primeira etapa crucial é determinar quais coleções de dados são mais valiosas para possibilitar a descoberta; é imperativo permitir o acesso intuitivo aos resultados e descobertas experimentais para indivíduos relevantes em toda a organização.

É de conhecimento geral que as organizações estão investindo tempo e coletando de recursos que, mais tarde, são mantidos como dados obscuros sem reutilização futura? Quando trazidos à luz, dados experimentais anteriores e resultados de pesquisas podem orientar investimentos inteligentes e evitar a repetição de experimentos.

2. Tornar os dados de P&D visíveis por meio de estratégias de gestão do conhecimento

A gestão do conhecimento em P&D não deve considerar apenas a captura de informações, mas também incluir a gestão intencional de dados para orientar a tomada de decisões. As organizações só podem ter sucesso na conversão de dados em conhecimento útil se puderem organizá-los apropriadamente de maneira pesquisável, conectada e de fácil acesso. Pode ser que os dados não sejam usados o tempo todo, mas precisam estar acessíveis quando necessário.

Para aproveitar os insights que possuem, as organizações precisam das soluções de TI e experiência certas para criar estruturas de gerenciamento de dados para organizar os dados de P&D. Um desafio comum enfrentado é a harmonização da terminologia científica entre as fontes de informação. Sem a manutenção de um contexto científico consistente, informações vitais podem ser perdidas durante as pesquisas no banco de dados.

O CAS usa léxicos, ontologias e taxonomias especializados, combinados com tecnologias proprietárias de comparação de substâncias e experiência de cientistas para padronizar a linguagem científica. Isso garante que as informações críticas de que os pesquisadores precisam estejam ao seu alcance.

3. Colher os benefícios de dados de P&D bem-organizados e acessíveis

Dados de P&D bem estruturados e prontamente acessíveis melhoram a eficiência. Além de economizar tempo na busca dos dados necessários, a repetição desnecessária de experimentos pode ser evitada, resultando em economia de tempo e custos. Outro grande benefício é que a tomada de decisões estratégicas pode ser acelerada e aprimorada, ajudando as organizações a manter uma vantagem competitiva.

O CAS vai um passo além de simplesmente encontrar dados – além de conectar informações internamente, ele a conecta à ciência mundial. Este estudo de caso apresentando uma solução personalizada de gerenciamento de conhecimento mostra como os documentos de uma organização podem ser vinculados com segurança e aumentados pelo CAS Content Collection^TMou até mesmo para dados personalizados de um determinado setor para tornar os dados internos mais robustos. Tendências, colaboradores e concorrentes podem ser identificados quando os conceitos em pesquisa interna são conectados a outras publicações e patentes similares de todo o mundo.

Design de gerenciamento de conhecimento personalizado em ação

O CAS Custom Services^SM cria soluções para o armazenamento e conexão dos dados existentes em um formato estruturado, permitindo que todos os funcionários acessem dados valiosos de P&D de maneira direta e eficiente.

Descubra exatamente como nossas soluções podem beneficiar você.
Convidamos você a entrar em contato com o CAS Custom Services para conversar sobre como o CAS pode atender às suas necessidades exclusivas de gerenciamento de conhecimento.
 

O CAS revela todo o potencial dos ativos digitais de uma organização com processos semelhantes aos que ele usa para fazer a curadoria da ciência publicada no mundo. Nossas soluções de gerenciamento de conhecimento vão além da pesquisa de palavras-chave padrão e permitem o contexto científico. Ao selecionar, conectar e analisar documentos internos, as organizações podem pesquisar o texto completo de documentos antes ocultos, conectar conceitos e substâncias semelhantes e pesquisar por conceitos adaptados ao seu foco de descoberta específico.

Conectar os dados de uma organização à ciência mundial permite uma melhor tomada de decisão, inovação mais rápida e torna seus dados mais valiosos.

Veja como nossas soluções de informação inovadoras impulsionaram a descoberta em uma grande organização de tecnologia da saúde. Saiba mais baixando nosso estudo de caso, “Unravel the potential of internal R&D data: Curate and connect for searchable insights”. 

Embora muitas pessoas pensem que a energia nuclear é assustadora ou perigosa, novas abordagens para a energia nuclear que reduzem os riscos, aumentam a reciclabilidade dos resíduos nucleares e têm baixas emissões têm sido empregadas. Saiba por que essas tendências emergentes e novas abordagens de reciclagem estão redefinindo a energia nuclear do futuro no nosso artigo mais recente.

As colas moleculares e os degradadores de proteínas direcionados estão mudando o panorama da descoberta de medicamentos. Essa abordagem “gruda” as proteínas de interesse às ligases de ubiquitina E3 da via ubiquitina-proteassoma, auxiliando na renovação de proteínas e remove o excesso ou proteínas danificadas do corpo. Saiba mais sobre seu aumento no tratamento de doenças oncológicas, inflamatórias e imunológicas por meio de tendências, proteínas direcionadas, mecanismos científicos e muito mais no nosso artigo mais recente.

Perspectiva especializada da palestrante Janet Sasso 

Este webinar apresentado por Angela Zhou ocorreu ao vivo em 5 de outubro de 2022 com vários especialistas externos: 

A seção de abertura concentrou-se na análise do cenário, tendências de pesquisa, principais ligases alvo e uma visão mais conectada dos atores emergentes e áreas terapêuticas. Saiba mais no nosso relatório de insights detalhado. 

Principais destaques do webinar

O Dr. Ebert começou discutindo algumas das colas moleculares naturais, como a ciclosporina, e colas moleculares que não utilizam a ligase E3 para a destruição de proteínas, como a FK-506. Ele também discutiu mais detalhadamente os análogos da talidomida, que estão sendo mais explorados no campo e na Dana-Farber. Além disso, ele discutiu alguns dos desafios práticos para alavancar bibliotecas e triagens genéticas para ajudar a identificar e entender os mecanismos dessas novas estruturas.

O Dr. Chamberlain iniciou sua apresentação explicando como as colas moleculares conferem função neomórfica ao maquinário celular do corpo. Ele se concentrou nos análogos da talidomida como protótipos de colas e nos desafios de avançá-los com resistência de espécies ao fator de transcrição IKZF1 e na identificação do SALL4 como o principal fator de teratogenicidade. Por fim, ele compartilhou algumas conclusões práticas das lições aprendidas sobre os desafios do projeto, triagem e validação de bibliotecas específicas para colas moleculares.

Finalmente, os participantes puderam fazer uma variedade de perguntas, desde construções básicas de cola molecular até questões de modelagem mais avançadas. Em resumo, este foi um painel envolvente, destacando oportunidades futuras para colas moleculares, degradadores de proteínas direcionados e o tratamento futuro de doenças com altas necessidades, mas ainda não atendidas. Veja a gravação e os slides associados do webinar aqui.