Com participação de cientista da UFSCar, artigo publicado na Nature indica que geometria de nanopartículas afeta resposta imune a vacinas

Pesquisador da UFSCar coordena etapa de investigação teórica e modelagem (Imagem: André Moura)

Para desencadear a resposta imune que nos protege em infecções futuras, vacinas carregam, além do antígeno – vírus inativados ou partes dele, dentre outras estratégias –, os chamados adjuvantes, compostos que ajudam na ativação do sistema imune. Artigo publicado ontem (19/1) na Nature, com participação de cientistas brasileiros, mostra que a atenção a um atributo geométrico de nanopartículas usadas como adjuvantes, a quiralidade, pode resultar em vacinas mais eficazes.

A quiralidade define um objeto – ou molécula – com tal distribuição espacial que não pode ser sobreposto à sua imagem refletida em um espelho. Macroscopicamente, um exemplo conhecido são as nossas mãos direita e esquerda. Microscopicamente, podemos dizer que a vida é quiral, pois moléculas essenciais como aminoácidos e açúcares apresentam quiralidade.

Assim como, ao cumprimentarmos alguém, o encaixe é melhor entre mãos direitas (ou esquerdas), a interação de uma molécula biológica com compostos com orientação à esquerda ou à direita acontece de formas distintas, sendo mais precisa se há encaixe entre elas, ou seja, se ambas têm, por exemplo, orientação à esquerda (ou, mais precisamente, são enantiômeros à esquerda, nome dado aos isômeros das moléculas quirais).

Por isso, a quiralidade pode resultar em diferentes propriedades e, importante no caso de materiais usados nas vacinas, em respostas biológicas distintas. O encaixe, no entanto, não significa, necessariamente, algo bom, como a capacidade de prevenção ou tratamento de doenças, podendo também levar a algo que é tóxico ou venenoso.

Um exemplo famoso é a talidomida, fármaco usado para tratar náuseas em gestantes que, na década de 1960, descobriu-se causar má formação nos fetos. No medicamento, enquanto um dos enantiômeros tem o efeito terapêutico, o outro causa os problemas no desenvolvimento fetal. Como, neste caso, não é possível manter apenas um dos enantiômeros, não existe possibilidade de uso seguro da substância por gestantes.

Porém, no caso de nanomateriais, é possível obter a forma enantiopura estável, ou seja, composta apenas por um dos enantiômeros.

Na pesquisa relatada na Nature, o objetivo foi justamente comparar nanomateriais quirais – enantiômeros à esquerda e à direita – e seu correspondente aquiral (simétrico) no que diz respeito à resposta do sistema imune. Para tanto, foram usadas nanopartículas de ouro. Em estudos in vitro (com células de origem animal) e in vivo (em animais – camundongos – vivos), os resultados mostraram maior eficácia na ativação da resposta imune nas nanopartículas orientadas à esquerda.

Para a realização do estudo, o primeiro passo foi a preparação das nanopartículas com os atributos desejados – aquiral, quiral à esquerda e quiral à direita –, induzindo a quiralidade desejada por meio de uma combinação de peptídeos e luz circularmente polarizada, que é uma forma quiral de luz. Depois, o estudo in vitro consistiu na incubação dessas partículas junto a células do sistema imune, com acompanhamento de diversas respostas, como a velocidade de entrada das nanopartículas nessas células; a expressão, pelas células, de marcadores bioquímicos associados à ativação da resposta imune; dentre outros parâmetros. In vivo, as medidas confirmaram os resultados encontrados nas células e, para testar as respostas no nível sistêmico, os pesquisadores usaram as nanopartículas como adjuvantes em vacinas contra uma cepa do vírus influenza (H9N2) aplicadas nos camundongos.

Em todos os experimentos, a resposta gerada pelos enantiômeros à esquerda foi ampliada em relação aos enantiômeros à direita e às partículas aquirais. Além dessa constatação, os pesquisadores também investigaram e descrevem no artigo os mecanismos biológicos que podem explicar essas diferenças. Segundo os responsáveis, a descoberta abre caminho para o uso dessas nanoestruturas produzidas com controle de sua quiralidade na produção de respostas imunes sob medida. Além disso, alertam para a importância da parametrização da quiralidade em estudos biomédicos e toxicológicos, já que enantiômeros distintos de um mesmo princípio ativo podem ter impactos muito distintos sobre os organismos vivos.

“As pessoas podem se perguntar por que não realizamos o estudo pensando na COVID-19, ou mesmo com a cepa de influenza que circula atualmente. No entanto, a pesquisa começou muito antes da pandemia, e é importante lembrar que as vacinas contra a Covid só puderam ser produzidas tão rapidamente porque o conhecimento aplicado veio sendo produzido nas últimas décadas”, situa André Farias de Moura, docente no Departamento de Química (DQ) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) que é um dos autores do artigo. “Temos agora um primeiro passo dado, uma prova de conceito, e sabemos que podemos seguir nessa direção”, complementa Moura, vinculado também ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF).

O trabalho é mais um capítulo na parceria de Moura com o grupo de pesquisa coordenado por Nicholas A. Kotov, na Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, e com o grupo de Chuanlai Xu, na Universidade de Jiangnan, na China. Além deles, assinam o artigo outros pesquisadores da Universidade de Michigan; parceiros na Universidade de Jiangnan; e os brasileiros Felipe M. Colombari, Weverson R. Gomes e Asdrubal L. Blanco, todos eles egressos do Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ) da UFSCar.

A parte experimental da pesquisa acontece nos laboratórios parceiros. Na UFSCar, Moura coordena a etapa de investigação teórica e modelagem e simulação computacional, que ajuda a compreender os mecanismos por trás dos resultados encontrados empiricamente.

No Brasil, a pesquisa teve financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp); e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), além de bolsa do Programa de Educação Tutorial (PET) do Ministério da Educação. Contou também com o uso de recursos de computação científica de alto desempenho do Laboratório Nacional de Computação Científica (supercomputador Santos Dumont) e da Cloud@UFSCar.

O artigo publicado na Nature é intitulado “Enantiomer-dependent immunological response to chiral nanoparticles” e já está disponível no site da revista (Aqui!).

Confira também vídeo com Moura produzido pelo Laboratório Aberto de Interatividade (LAbI) da UFSCar (em https://www.youtube.com/watch?v=nsGzCFqX5ak).