Todos nós estamos mais conscientes da saúde pulmonar desde a Covid-19.

No entanto, para pessoas com asma e doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC), lidar com problemas pulmonares é uma luta para toda a vida. Aqueles com DPOC sofrem de tecido pulmonar altamente inflamado que incha e obstrui as vias respiratórias, dificultando a respiração. A doença é comum, com mais de três milhões de casos anuais apenas nos EUA.

Embora administrável, não há cura. Um problema é que os pulmões com DPOC bombeiam toneladas de muco viscoso, o que forma uma barreira que impede que os tratamentos cheguem às células pulmonares. A substância viscosa – quando não expelida pela tosse – também atrai bactérias, agravando ainda mais a condição.

Um novo estudo in Os avanços da ciência descreve uma solução potencial. Os cientistas desenvolveram um nanocarreador para transportar antibióticos para os pulmões. Como uma nave biológica, o transportador possui “portas” que se abrem e liberam antibióticos dentro da camada de muco para combater infecções.

As próprias “portas” também são mortais. Feitos de uma pequena proteína, eles destroem as membranas bacterianas e limpam seu DNA para livrar as células pulmonares de infecções crônicas.

A equipe desenvolveu uma versão inalável de um antibiótico usando o nanocarreador. Num modelo de rato com DPOC, o tratamento reanimou as células pulmonares em apenas três dias. Os níveis de oxigênio no sangue voltaram ao normal e os sinais anteriores de danos pulmonares foram curados lentamente.

“Esta estratégia imunoantibacteriana pode mudar o paradigma atual do tratamento da DPOC”, disse a equipe. escreveu no artigo.

Respire-me

Os pulmões são extremamente delicados. Imagine camadas finas, mas flexíveis, de células separadas em lóbulos para ajudar a coordenar o fluxo de oxigênio no corpo. Uma vez que o ar flui através da traquéia, ele se dispersa rapidamente entre uma complexa rede de ramos, enchendo milhares de sacos de ar que fornecem oxigênio ao corpo, ao mesmo tempo que o livram do dióxido de carbono.

Essas estruturas são facilmente danificadas e fumar é um gatilho comum. A fumaça do cigarro faz com que as células vizinhas bombeiem uma substância viscosa que obstrui as vias aéreas e reveste os sacos aéreos, dificultando seu funcionamento normal.

Com o tempo, o muco forma uma espécie de “cola” que atrai bactérias e se condensa num biofilme. A barreira bloqueia ainda mais a troca de oxigênio e transforma o ambiente do pulmão em um ambiente favorável ao crescimento de bactérias.

Uma maneira de parar a espiral descendente é destruir as bactérias. Os antibióticos de amplo espectro são o tratamento mais utilizado. Mas por causa da camada protetora viscosa, eles não conseguem alcançar facilmente as bactérias nas profundezas dos tecidos pulmonares. Pior ainda, o tratamento a longo prazo aumenta a probabilidade de resistência aos antibióticos, tornando ainda mais difícil eliminar as bactérias teimosas.

Mas a camada protetora tem um ponto fraco: é um pouco azeda. Literalmente.

Abra a porta policia

Como um limão, a camada viscosa é ligeiramente mais ácida em comparação com o tecido pulmonar saudável. Essa peculiaridade deu à equipe a ideia de um transportador antibiótico ideal que só liberaria sua carga útil em um ambiente ácido.

A equipe fez nanopartículas ocas de sílica – um biomaterial flexível – encheu-as com um antibiótico comum e adicionou “portas” para liberar os medicamentos.

Essas aberturas são controladas por sequências curtas de proteínas adicionais que funcionam como “fechaduras”. Em ambientes normais de vias aéreas e pulmões, eles dobram-se na porta, essencialmente sequestrando os antibióticos dentro da bolha.

Liberada nos pulmões com DPOC, a acidez local altera a estrutura da proteína de bloqueio, de modo que as portas se abrem e liberam antibióticos diretamente no muco e no biofilme – essencialmente rompendo as defesas bacterianas e direcionando-as para seu território doméstico.

Um teste com a mistura penetrou um biofilme cultivado em laboratório em uma placa de Petri. Foi muito mais eficaz em comparação com um tipo anterior de nanopartícula, em grande parte porque as portas do transportador se abriram uma vez dentro do biofilme – em outras nanopartículas, os antibióticos permaneceram presos.

As transportadoras também poderiam cavar mais fundo nas áreas infectadas. As células possuem cargas elétricas. O transportador e o muco têm cargas negativas, que - como extremidades de dois ímãs com carga semelhante - empurram os transportadores mais profundamente para dentro e através das camadas de muco e biofilme.

Ao longo do caminho, a acidez do muco altera lentamente a carga do transportador para positiva, de modo que, uma vez passado o biofilme, o mecanismo de “trava” se abre e libera o medicamento.

A equipe também testou a capacidade da nanopartícula de destruir bactérias. Num prato, eliminaram vários tipos comuns de bactérias infecciosas e destruíram os seus biofilmes. O tratamento parecia relativamente seguro. Testes em células pulmonares fetais humanas em uma placa encontraram sinais mínimos de toxicidade.

Surpreendentemente, o próprio transportador também pode destruir bactérias. Dentro de um ambiente ácido, sua carga positiva rompeu as membranas bacterianas. Como balões estourados, os insetos liberaram material genético ao seu redor, que o transportador varreu.

Amortecendo o Fogo

As infecções bacterianas nos pulmões atraem células imunológicas hiperativas, o que leva ao inchaço. Os vasos sanguíneos que circundam os sacos aéreos também se tornam permeáveis, facilitando a passagem de moléculas perigosas. Essas alterações causam inflamação, dificultando a respiração.

Em um modelo de DPOC em camundongos, o tratamento com nanopartículas inaláveis ​​acalmou o sistema imunológico hiperativo. Vários tipos de células imunológicas retornaram a um nível saudável de ativação – permitindo que os camundongos passassem de um perfil altamente inflamatório para um que combate infecções e inflamações.

Os ratos tratados com a nanopartícula inalável tinham cerca de 98% menos bactérias nos pulmões, em comparação com aqueles que receberam o mesmo antibiótico sem o transportador.

Eliminar as bactérias deu aos ratos um suspiro de alívio. Eles respiraram mais facilmente. Os níveis de oxigênio no sangue aumentaram e a acidez do sangue – um sinal de oxigênio perigosamente baixo – voltou ao normal.

Sob o microscópio, os pulmões tratados restauraram estruturas normais, com sacos de ar mais resistentes que se recuperaram lentamente dos danos da DPOC. Os ratos tratados também apresentaram menos inchaço nos pulmões devido ao acúmulo de líquido, comumente observado em lesões pulmonares.

Os resultados, embora promissores, são apenas para um modelo de DPOC relacionado ao tabagismo em ratos. Ainda há muito que não sabemos sobre as consequências do tratamento a longo prazo.

Embora por enquanto não haja sinais de efeitos colaterais, é possível que as nanopartículas possam se acumular dentro dos pulmões ao longo do tempo, causando danos. E embora o próprio transportador danifique as membranas bacterianas, a terapia depende principalmente do antibiótico encapsulado. Com resistência a antibióticos em aumento, alguns medicamentos já estão perdendo efeito na DPOC.

Depois, há a chance de danos mecânicos ao longo do tempo. A inalação repetida de nanopartículas à base de silício pode causar cicatrizes nos pulmões a longo prazo. Assim, embora as nanopartículas possam mudar as estratégias de tratamento da DPOC, está claro que precisamos de estudos de acompanhamento, escreveu a equipe.

Crédito de imagem: luz de cristal / Shutterstock.com

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• Fonte: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/