Atualmente, estão disponíveis vários métodos de tratamento do cancro que se podem complementar uns aos outros. A radioterapia é frequentemente utilizada, e pode ser combinada com cirurgia e quimioterapia, por exemplo. Embora o tratamento com radiação ionizante seja utilizado em medicina há mais de 100 anos, mesmo a oncologia moderna não está por vezes satisfeita com a sua eficácia. A razão: Os tumores malignos nem sempre são suficientemente sensíveis à radiação. “Se a sensibilidade das células tumorais pudesse ser aumentada, a radioterapia poderia ser realizada de forma mais eficaz e mais suave”, diz o investigador da Empa -Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology – Lukas Gerken (na imagem).

Por outras palavras: O tratamento desejado poderia ser alcançado com uma dose de radiação inferior à atual, ou particularmente os tumores resistentes à radiação poderiam finalmente tornar-se sensíveis à radiação. A equipa liderada por Lukas Gerken e Inge Herrmann do “Particles-Biology Interactions Laboratory” da Empa em St. Gallen e do “Nanoparticle Systems Engineering Laboratory” da ETH Zurique está, portanto, a trabalhar com oncologistas no Hospital Cantonal em St. Gallen para encontrar formas de sensibilizar as células tumorais à radiação.

Os investigadores têm-se concentrado nas nanopartículas feitas de óxidos metálicos que podem atuar como radiosensibilizadores. A equipa conseguiu produzir estes radiosensibilizadores em grandes quantidades e analisar o seu efeito em mais pormenor. Os investigadores publicaram recentemente os seus resultados na revista “Chemistry of Materials”.

Curados no fogo

Na investigação do cancro, estão atualmente em curso estudos com várias classes de substâncias para tornar a irradiação dos tumores mais eficaz. No entanto, ainda não é totalmente compreendido Exatamente como funcionam neste contexto as nanopartículas feitas de ouro ou de óxidos de metais mais exóticos, como o dióxido de háfnio. O que se sabe, porém, é que uma complexa cascata de reações exerce stress oxidativo nas células cancerígenas. Desta forma, os mecanismos de reparação das células malignas podem ser sobrecarregados.

Para que as nanopartículas sejam disponibilizadas para uso clínico, dois obstáculos tiveram de ser ultrapassados: A produção através de métodos convencionais de química húmida dificulta a produção de quantidades à escala industrial, e há falta de análises comparativas sobre a eficácia de diferentes substâncias.

O investigador da Empa, Lukas Gerken conseguiu agora produzir radiossensibilizadores de óxido metálico utilizando um método que é idealmente adequado para aplicações industriais: Baseou-se na síntese das chamas para obter óxidos de alta qualidade de háfnio, zircónio e titânio. “Graças a este método de produção, é mesmo possível – dependendo da instalação de produção – sintetizar vários quilos por dia”, explica Gerken. Para as análises laboratoriais na Empa, no entanto, o cientista contentou-se com apenas algumas gramas.

Melhor do que ouro

Uma vez as nanopartículas disponíveis em quantidades adequadas, Lukas Gerken foi capaz de analisar as “gemas” em detalhe, por exemplo, utilizando espectroscopia de raios X e microscopia electrónica. “Podemos produzir nanopartículas de óxido de metal estéreis e de alta qualidade que parecem inofensivas para as células saudáveis”, explica o investigador. Ele provou isto utilizando culturas celulares que tratou com diferentes suspensões de nanopartículas no laboratório. Os óxidos metálicos acumularam-se em grandes quantidades no interior das células. O primeiro classificado era o dióxido de háfnio: Aqui, meio bilião de nanopartículas entraram em cada célula individual sem serem tóxicas. Em comparação com os óxidos metálicos, o nanogold fez muito pior com o mesmo tamanho de partícula: Cerca de 10 a 30 vezes menos partículas de ouro entraram na célula.

Por mais inofensivas que as substâncias sejam inicialmente para as células saudáveis, elas desdobram os seus efeitos de forma poderosa quando utilizadas em radiação. A equipa conseguiu demonstrar isto utilizando linhas de células cancerígenas. Se as culturas celulares fossem tratadas com óxidos metálicos e depois bombardeadas com raios X, o efeito mortal aumentava significativamente. O dióxido de háfnio revelou ser a ferramenta mais potente: As células tumorais tratadas com partículas de háfnio podiam ser eliminadas com menos de metade da dose de radiação. Este primeiro estudo comparativo também mostrou que o dióxido de háfnio é até quatro vezes mais eficaz do que o nanogold e o dióxido de titânio. As células humanas saudáveis (os chamados fibroblastos), por outro lado, não mostraram efeitos negativos da radiação após o tratamento com nanopartículas.

Os resultados fazem Lukas Gerken confiar: “Vamos continuar neste caminho para explorar o mecanismo de ação das nanopartículas e otimizar ainda mais a sua eficiência”. Ele espera que os seus estudos façam avançar a aplicação clínica das nanopartículas em radioterapia.

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NR/HN/Alphagalileo/EMPA