Cientistas desenvolveram uma nova abordagem para armazenar e distribuir proteínas terapêuticas cruciais sem a necessidade de geladeiras ou freezers.
A descoberta, publicada na revista Natureza poderia melhorar significativamente a acessibilidade de medicamentos essenciais à base de proteínas em países em desenvolvimento onde a infraestrutura de armazenamento refrigerado pode ser insuficiente, ajudando nos esforços para diagnosticar e tratar mais pessoas com problemas de saúde graves.
Os pesquisadores, das Universidades de Manchester, Glasgow e Warwick, desenvolveram um hidrogel – um material feito principalmente de água – que estabiliza proteínas, protegendo suas propriedades e funcionalidade em temperaturas de até 50°C.
A tecnologia mantém as proteínas tão estáveis que elas podem até ser enviadas pelo correio sem perda de eficácia, abrindo novas possibilidades para métodos mais acessíveis e com menor consumo de energia para manter pacientes e clínicas abastecidos com tratamentos vitais.
As terapêuticas proteicas são usadas para tratar uma série de condições, do câncer ao diabetes e, mais recentemente, para tratar a obesidade, e desempenham um papel vital na medicina moderna e na biotecnologia. No entanto, mantê-las estáveis e seguras para armazenamento e transporte é um desafio. Elas devem ser mantidas resfriadas para evitar qualquer deterioração, usando quantidades significativas de energia e limitando a distribuição equitativa em países em desenvolvimento.
Os medicamentos também costumam incluir aditivos — chamados excipientes — que devem ser seguros para o medicamento e seus destinatários, limitando as opções de materiais.
As descobertas podem ter implicações importantes para as indústrias farmacêutica e de diagnóstico.
Dave Adams, professor da Escola de Química da Universidade de Glasgow, é um dos autores correspondentes do artigo. Ele disse: “Nos primeiros dias da distribuição da vacina contra a Covid, houve muita atenção na mídia sobre os desafios de transportar e armazenar as vacinas, e como a equipe médica teve que correr para colocá-las nos braços das pessoas rapidamente após o descongelamento.
“A tecnologia que desenvolvemos marca um avanço significativo na superação dos desafios da ‘cadeia fria’ existente, que fornece proteínas terapêuticas aos pacientes. Os resultados dos nossos testes têm resultados muito encorajadores, indo muito além das habilidades das técnicas atuais de armazenamento de hidrogel de suportar calor e vibração. Isso pode ajudar a criar sistemas de entrega muito mais robustos no futuro, que exigem muito menos manuseio cuidadoso e gerenciamento de temperatura.”
O hidrogel é construído a partir de um material chamado gelificador de baixo peso molecular (LMWG), que forma uma rede tridimensional de fibras longas e rígidas. Quando proteínas são adicionadas ao hidrogel, elas ficam presas nos espaços entre as fibras, onde não conseguem se misturar e se agregar – o processo que limita ou impede sua eficácia como medicamentos.
As propriedades mecânicas únicas da rede de fibras do gel, que são rígidas, mas também quebradiças, garantem a fácil liberação de uma proteína pura. Quando o gel armazenador de proteína é armazenado em uma seringa comum equipada com um filtro especial, pressionar o êmbolo para baixo fornece pressão suficiente para quebrar a rede de fibras, liberando a proteína. A proteína então passa limpamente pelo filtro e sai pela ponta da seringa junto com um material tampão, deixando o gel para trás.
“Nossa inovação nos permite armazenar e distribuir proteínas em temperatura ambiente, sem aditivos, o que é uma perspectiva realmente animadora.”
No artigo, os pesquisadores mostram como o hidrogel funciona para armazenar duas proteínas valiosas: a insulina, usada para tratar diabetes, e a beta-galactosidase, uma enzima com inúmeras aplicações em biotecnologia e ciências biológicas.
Normalmente, a insulina deve ser mantida fria e parada, pois o aquecimento ou a agitação podem impedir que ela seja um tratamento eficaz. A equipe testou a eficácia de sua suspensão de hidrogel para insulina aquecendo amostras a 25 °C e girando-as a 600 revoluções por minuto, um teste de tensão muito além de qualquer cenário do mundo real. Uma vez que os testes foram concluídos, a equipe conseguiu recuperar todo o volume de insulina do hidrogel, mostrando que ele havia sido protegido de seu tratamento áspero.
A equipe então testou amostras de beta-galactosidase no hidrogel, que foi armazenado a uma temperatura de 50°C por sete dias, um nível de calor que excede qualquer temperatura realista para transporte no mundo real. Uma vez que a enzima foi extraída do hidrogel, a equipe descobriu que ela reteve 97% de sua função em comparação com uma amostra fresca armazenada em temperatura normal.
Um terceiro teste viu a equipe colocar amostras de proteínas suspensas em hidrogel no posto, onde passaram dois dias em trânsito entre os locais. Assim que a amostra chegou ao seu destino, a análise da equipe mostrou que as estruturas dos géis permaneceram intactas e as proteínas foram totalmente impedidas de se agregar.
Matthew Gibson, professor da Universidade de Manchester, é o outro autor correspondente do artigo. Ele disse: “Entregar e armazenar proteínas intactas é crucial para muitas áreas de biotecnologia, diagnósticos e terapias. Recentemente, descobriu-se que os hidrogéis podem ser usados para evitar agregação de proteínas, o que permite que sejam mantidos em temperatura ambiente ou mais quente. No entanto, separar os componentes do hidrogel da proteína ou provar que eles são seguros para consumo nem sempre é fácil. Nossa descoberta elimina essa barreira e nos permite armazenar e distribuir proteínas em temperatura ambiente, livres de quaisquer aditivos, o que é uma perspectiva realmente empolgante.”
A equipe agora está explorando oportunidades comerciais para essa tecnologia com patente pendente, além de demonstrar ainda mais sua aplicabilidade.
Pesquisadores da University of East Anglia e da Diamond Light Source Ltd também contribuíram para a pesquisa. O artigo da equipe, intitulado ‘Mechanical release of homogenous proteins from supramolecular gels’, foi publicado em Natureza.
A pesquisa foi apoiada pelo financiamento do programa Horizonte 2020 da União Europeia, do Conselho Europeu de Pesquisa, da Royal Society, do Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), da Universidade de Glasgow e da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).
