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Os desafios para chegar ao cérebro: papel do grafeno nas doenças neurodegenerativas

Reduced graphene oxide induces transient blood-brain barrier opening: an in vivo study

Equipe Canal Ciência

Monique Culturato Padilha Mendonça

Edilene Siqueira Soares

Marcelo Bispo de Jesus

Helder José Ceragioli

Mônica Siqueira Ferreira

Rodrigo Ramos Catharino

Maria Alice da Cruz-Höfling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

O uso de grafeno como uma ferramenta promissora no carreamento de fármacos que podem ser empregados no tratamento das doenças neurodegenerativas.

Artigo de periódico

Para doenças neurodegenerativas, conhecidas há anos, como Parkinson, Alzheimer, Esclerose Múltipla e doença de Huntington, sabe-se que ainda não há cura. E por que não existe a cura para essas doenças? Isso ocorre porque não é fácil para um medicamento chegar ao cérebro e exercer sua função.

A progressão das doenças neurodegenerativas é dificilmente revertida ou retardada e, a cada ano, o número de pessoas afetadas aumenta ao redor do mundo. Em nosso cérebro, existe um “portão” chamado barreira hematoencefálica (Figura 1), a qual é composta por células endoteliais, astrócitos, pericitos e só permite a passagem de algumas substâncias essenciais para o seu funcionamento adequado, como nutrientes, hormônios e gases. Grande parte dos medicamentos não atravessam essa barreira, sendo esse um dos principais desafios no tratamento das doenças neurodegenerativas.

Para contornar tal barreira e tratar as doenças neurodegenerativas, nas últimas décadas, os pesquisadores vêm desenvolvendo e aprimorando diversos nanomateriais (nano, do grego “anão”), dentre eles o grafeno e seus derivados. Esse material é uma folha de carbono que apresenta propriedades estruturais, físicas e químicas únicas. No que diz respeito à neurociência, a vantagem de aplicá-lo, bem como seus derivados (óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido), é sua capacidade de impulsionar o crescimento dos neurônios por ser um excelente condutor elétrico, além da utilização como um transportador para entrega de outros medicamentos, por ser um material de tamanho reduzido.

Sendo assim, a pesquisa liderada pela Dra. Monique C.P. Mendonça, da Universidade Estadual de Campinas em parceria com pesquisadores do Centro de Pesquisas Biológicas da Academia de Ciências da Hungria, buscou responder a seguinte pergunta: por que não utilizar o grafeno para transportar medicamentos que não conseguiriam atravessar a barreira hematoencefálica e para estimular as células neuronais? A partir desse questionamento, surgiu esta pesquisa.

A opção por utilizar o óxido de grafeno reduzido na pesquisa deu-se pela sua baixa toxicidade e alta biocompatibilidade, quando comparado aos outros nanomateriais da família do grafeno.

Para avaliar a habilidade do óxido de grafeno reduzido em atravessar a barreira hematoencefálica, foram realizados testes em (1) células endoteliais e astrócitos, as principais células da barreira hematoencefálica, e (2) em animais de laboratório (ratos). Como objetivo final do estudo é utilizar este nanomaterial em humanos, também foi realizada uma série de testes de toxicidade para confirmar a segurança da formulação.

Os testes em células aconteceram no Centro de Pesquisas Biológicas da Academia de Ciências da Hungria, enquanto os testes em animais na Universidade Estadual de Campinas.

Na primeira etapa, houve a caracterização do óxido de grafeno reduzido. Foram analisadas características do nanomaterial como morfologia, estrutura, tamanho, índice de polidispersão e carga elétrica em sua superfície. Na segunda etapa, foram feitos testes em células endoteliais e astrócitos. Após ficarem em contato com o óxido de grafeno reduzido por 24 horas, avaliaram-se parâmetros como morfologia, morte celular e estresse oxidativo. Já na terceira etapa, ocorreram os testes em animais de laboratório. Após injeção do óxido de grafeno reduzido na veia dos ratos, foram realizadas análises anatômicas, celulares e moleculares da barreira hematoencefálica. A segurança do nanomaterial foi confirmada com testes hematológicos, bioquímicos (função hepática e renal), genotóxicos e histopatológicos. Adicionalmente, avaliaram-se, também, a existência de danos neuronais e estresse oxidativo.

Os experimentos demonstraram que, após 1 hora, o óxido de grafeno reduzido encontrava-se em algumas partes do cérebro dos animais. Isso foi possível, pois o nanomaterial provocou a abertura transitória da barreira hematoencefálica, que voltou a se fechar após algumas horas (Figura 2).

Os testes hematológicos, histopatológicos, bioquímicos e genotóxicos demonstraram que, nas condições experimentais utilizadas, o óxido de grafeno reduzido induz efeitos toxicológicos mínimos. As alterações ocorrem de forma dinâmica e autolimitante, não induzindo danos permanentes.

A descoberta abriu perspectiva para o uso do óxido de grafeno reduzido como uma ferramenta promissora no carreamento de fármacos que poderiam ser empregados no tratamento das doenças neurodegenerativas, mas que normalmente não são utilizados devido à impermeabilidade da barreira hematoencefálica. Além disso, sua presença no cérebro já contribuiria para estimular o crescimento neuronal.

Com o estudo, espera-se melhorar a qualidade de vida das pessoas que têm doenças neurodegenerativas fornecendo novas opções terapêuticas.

Ciências Biológicas

Português materiais nanoestruturados

Português medicamento

Português barreira hemato-encefálica

ODS 3: Saúde e Bem-Estar

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Mendonça, Monique Culturato Padilha. et al. Reduced graphene oxide induces transient blood–brain barrier opening: an in vivo study. Jornal de Nanobiotechnol 13, 78 (2015). Disponível em: https://doi.org/10.1186/s12951-015-0143-z. Acesso em: 19 jul. 2022.

Os desafios para chegar ao cérebro: papel do grafeno nas doenças neurodegenerativas

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October 2, 2020