De todos os campos em que a nanotecnologia está causando impacto, a entrega de medicamentos pode ser o mais revolucionado por essas tecnologias minúsculas. A entrega de medicamentos tem sido tradicionalmente um desafio complexo, muitas vezes impedido pela solubilidade, estabilidade e biodisponibilidade limitadas dos agentes terapêuticos. Os sistemas de entrega de medicamentos (DDS) em nanoescala surgiram como um grande avanço na ciência farmacêutica, oferecendo uma gama dinâmica de soluções para tratar algumas das condições mais graves que afetam a saúde humana hoje.
Por que as nanopartículas são tão valiosas para DDS? Sua alta relação área superficial/volume e sua ajustabilidade química e geométrica são fatores-chave. Seu tamanho também desempenha um papel importante — estruturas em nanoescala permanecem na corrente sanguínea por longos períodos, permitindo a liberação sustentada de medicamentos incorporados. Os DDS em nanoescala também podem penetrar melhor nos tecidos do que moléculas maiores, facilitando assim a absorção de medicamentos pelas células e garantindo a atividade no local alvo. Essa eficiência reduz os efeitos colaterais.
Analisamos a CAS Content CollectionTM, o maior repositório de informações científicas curadas, para entender melhor as tendências atuais de pesquisa em DDS em nanoescala e como esses sistemas estão sendo usados para tratar várias doenças. O interesse em nano DDS disparou nos últimos anos, com os DDS superando as publicações em outros campos da nanotecnologia (veja a Figura 1).
Nossa análise demonstra que muitas formas e materiais de nanotecnologia estão progredindo como tratamentos para diferentes condições. As publicações de patentes ainda não alcançaram as publicações em periódicos, sugerindo que a transição para o uso clínico está apenas começando. No entanto, o futuro dos nano DDS parece promissor.
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Doenças alvo e nano DDS
A nanotecnologia na medicina tem evoluído em um ritmo acelerado. Uma quantidade tremenda de pesquisas nos últimos anos relatou aplicações diagnósticas e terapêuticas da nanotecnologia, algumas das quais alcançaram ensaios clínicos avançados e até aprovação. A CAS Content Collection revela a amplitude de condições e distúrbios aos quais a nanotecnologia pode ser aplicada (veja a Figura 2).
Algumas das condições mais significativas abordadas em pesquisas recentes incluem:
Câncer
Um dos usos mais promissores dos nano DDS é atingir células cancerígenas, pois os nanocarreadores podem atacar tumores com grandes doses de um determinado medicamento. Isso aumenta a eficácia enquanto protege as células normais da toxicidade excessiva e dos efeitos colaterais resultantes para os pacientes.
Os nano DDS podem atingir células cancerígenas passivamente, explorando a permeabilidade vascular aumentada e a drenagem linfática enfraquecida das células cancerígenas, ou podem fazê-lo ativamente, visando a interação entre ligante e receptores celulares. As nanopartículas também podem ser usadas para induzir hipertermia terapêutica ou aquecimento localizado dentro dos tumores. A hipertermia pode ser impulsionada por radiação laser ou por um campo magnético aplicado; nanopartículas magnéticas também atuam como mediadores de aquecimento.
Nanopartículas de metais nobres, que possuem propriedades ópticas únicas, têm sido usadas para tratamentos inovadores baseados em luz para o câncer. Nanopartículas inorgânicas têm múltiplas aplicações no tratamento do câncer. Nanopartículas de óxido de ferro, por exemplo, podem ser usadas como agentes de contraste para ressonâncias magnéticas, rastreando assim a migração de células imunes. Nanopartículas de prata são conhecidas por aumentar os efeitos de medicamentos contra o câncer em terapias combinadas, o que permite doses menores para reduzir efeitos citotóxicos. Nanotubos de carbono também têm sido usados como nanocarreadores para medicamentos contra o câncer, mas os pesquisadores ainda estão explorando como garantir a segurança e a biodegradabilidade com eles.
Exossomos estão ganhando cada vez mais interesse para tratamentos de imunoterapia contra o câncer. Sejam derivados de tumores, compostos por antígenos associados a tumores ou derivados de células dendríticas que apresentam antígenos, os exossomos podem desencadear a ativação imune e ser usados no desenvolvimento de vacinas anticâncer.
Distúrbios genéticos
Terapias baseadas em genes devem atravessar múltiplas barreiras biológicas enquanto evitam a degradação. As nanopartículas são adequadas de forma única para essas aplicações. Várias nanoestruturas, incluindo nanocarreadores lipídicos, poliméricos e vários inorgânicos, podem incorporar certos materiais genéticos, como DNA plasmídico, mRNA e siRNA. Uma das aplicações mais significativas para a entrega de genes baseada em nano é o uso de nanopartículas em vacinas de base genética.
Nanopartículas baseadas em lipídios são uma subseção importante da pesquisa em nano DDS (veja a Figura 3). Uma grande vantagem delas como carreadores de medicamentos é que a maioria de seus componentes são lipídios fisiológicos e excipientes que são geralmente reconhecidos como seguros (GRAS). Isso os torna superiores a outros sistemas de entrega de medicamentos em nanoescala na minimização da toxicidade sistêmica. Sua elegância reside na capacidade de superar alguns dos desafios mais urgentes na entrega de medicamentos — melhorando a solubilidade de medicamentos pouco solúveis em água, protegendo compostos lábeis da degradação e visando precisamente os locais da doença dentro do corpo.
Doenças autoimunes
Os tratamentos atuais para doenças autoimunes envolvem medicamentos anti-inflamatórios ou imunossupressores de amplo espectro e não específicos. Eles podem aliviar os sintomas clínicos, mas não combatem as causas subjacentes das condições autoimunes e podem causar efeitos colaterais graves ao suprimir o sistema imunológico do corpo.
A administração de medicamentos baseada em nanotransportadores, no entanto, pode aumentar a eficiência na indução de tolerância específica ao antígeno in vivo. Essa estratégia pode ser usada para tratar artrite reumatoide, esclerose múltipla e lúpus, e pode desempenhar um papel importante na prevenção da rejeição do sistema imunológico a órgãos transplantados.
Condições inflamatórias
A inflamação é uma característica comum de muitas doenças e, em alguns casos, pode chegar ao ponto de contribuir para a patogênese da doença. Combater a inflamação usando nanomedicamentos, seja por meio da detecção de moléculas superexpressas na superfície de macrófagos ativados ou células endoteliais, ou via aumento da permeabilidade dos vasos sanguíneos, oferece uma solução promissora para o tratamento de doenças inflamatórias. Vários tipos de nanotransportadores foram ou estão sendo desenvolvidos para o controle da inflamação, incluindo lipossomas, nanopartículas poliméricas, micelas, dendrímeros e formulações à base de hidrogel.
Doenças infecciosas
Os DDS nanoestruturados mostram potencial no tratamento de inúmeras infecções virais e bacterianas, pois oferecem regimes de tratamento simples com menor frequência de dosagem. Por exemplo, nanopartículas injetáveis contendo medicamentos antirretrovirais são um método de tratamento inovador para administrar medicação a pacientes com HIV. Esse método de administração reduz a frequência de doses para os pacientes e pode até ser útil como medida preventiva.
Os nanotransportadores também podem ser usados como mecanismos de entrega de vacinas, particularmente nanopartículas lipídicas e nanoemulsões. Nanopartículas lipídicas catiônicas foram usadas com sucesso em vacinas de mRNA recentes para a COVID-19. As nanoemulsões são veículos de entrega de medicamentos promissores para fármacos hidrofóbicos e podem representar avanços importantes como adjuvantes para vacinas. Infecções bacterianas também podem ser tratadas com DDS nanoestruturados, incluindo bactérias resistentes a antibióticos. Como um método de entrega inovador, os DDS nanoestruturados podem atingir bactérias e administrar altas doses de antibióticos. Verificou-se que o reaproveitamento de classes conhecidas de antibióticos em DDS nanoestruturados supera os mecanismos de resistência, o que pode marcar um progresso significativo no tratamento de infecções multirresistentes.
Desafios e direções futuras para DDS nanoestruturados
Os DDS nanoestruturados, no entanto, não estão isentos de desafios. Os pesquisadores estão trabalhando para entender os riscos de toxicidade e as preocupações com a segurança a longo prazo. Aumentar a escala de produção e concluir com sucesso os ensaios clínicos também são fatores importantes para levar esses tratamentos ao uso clínico generalizado.
Apesar desses obstáculos, os DDS nanoestruturados oferecem a chance de tornar a medicina mais precisa e personalizada. Como mostra nossa análise, a pesquisa já fez um progresso significativo na concretização dos muitos benefícios dos DDS nanoestruturados e, com a inovação contínua, esses tratamentos microscópicos podem superar problemas antigos de administração de medicamentos, sinalizando novos avanços para os pacientes.
Para saber mais sobre como as inovações em nanotecnologia estão avançando em outros campos, incluindo energia, eletrônica e saúde, explore nosso recente Relatório de Insights da CAS.
