Ferramenta de bioengenharia desmascara células cancerígenas – Strong The One

As mucinas são proteínas revestidas de açúcar cuja função principal é defender o corpo contra insultos físicos e patógenos. Mas as células cancerígenas podem cooptar mucinas para ajudar na sua sobrevivência. Cortar as mucinas das células cancerígenas é uma terapia plausível, mas as mucinas existem em várias formas em todo célula em corpos de mamíferos, portanto, direcionar as mucinas indiscriminadamente pode ter efeitos colaterais imprevistos.

A solução desenvolvida pela equipe de pesquisa liderada por Stanford é essencialmente uma tesoura baseada em enzima composta de uma mucinase – uma enzima de corte de proteína (chamada protease) que corta especificamente mucinas – fundida a um nanocorpo direcionado a células cancerígenas (um fragmento de anticorpo). Esta biomolécula de duas partes visa seletivamente e elimina apenas as mucinas associadas a células cancerígenas específicas.

Este estudo, realizado em células cancerígenas humanas cultivadas em laboratório e em estudos com camundongos que simularam câncer humano de mama e pulmão, descobriu que o tratamento com biomoléculas reduziu significativamente o crescimento do tumor e aumentou a sobrevida. Suas descobertas, publicadas em 3 de agosto na Natureza Biotecnologia, têm amplas aplicações, pois as mucinas estão associadas a muitas doenças, incluindo fibrose cística, doenças respiratórias e vírus.

“Descobrimos que poderíamos direcionar esta mucinase para células cancerígenas, usá-la para remover mucinas dessas células cancerígenas, e houve um benefício terapêutico”, disse a autora sênior Carolyn Bertozzi, professora de Anne T. e Robert M. Bass na Escola de Stanford. de Humanidades e Ciências.

A estudiosa graduada Gabrielle “Gabby” Tender é co-autora principal do estudo com dois ex-pesquisadores do laboratório Bertozzi – Kayvon Pedram, líder de grupo no Campus de Pesquisa Janelia da HHMI, e D. Judy Shon, bolsista de pós-doutorado na Caltech.

Quando as boas mucinas vão mal

Embora as células cancerígenas usem mucinas para fins nefastos, as mucinas geralmente são boas. Mas quando as mucinas estragam, elas são horríveis.

“As mucinas desempenham papéis importantes em todo o corpo, como formar muco em nosso intestino e pulmões e nos proteger de patógenos”, disse Tender. “Os cânceres aumentam esse processo natural para 11, sequestrando as funções das mucinas para se protegerem e se espalharem por todo o corpo”.

Este estudo investigou duas funções das mucinas associadas à promoção da progressão do câncer. O primeiro ajuda as células a sobreviverem em ambientes flutuantes de “baixa adesão”.

“Os cânceres metastatizam e se espalham pelo corpo – as células cancerígenas se desprendem, flutuam para outra parte do corpo e criam raízes”, disse Bertozzi. “As células cancerígenas itinerantes precisam sobreviver em ambientes de baixa adesão. A maioria das células não pode, mas as células que foram modificadas por mucinas podem.”

A segunda função é se ligar aos receptores de ponto de verificação, que são essencialmente cães de guarda do sistema imunológico que inspecionam as células do corpo. Algumas células cancerígenas complementam suas superfícies celulares com mucinas que são revestidas com açúcares específicos que se ligam particularmente bem a esses receptores. Quando esta mucina decorada com açúcar se liga aos receptores do checkpoint, indica que a célula cancerígena não é uma ameaça e bloqueia a resposta imune do corpo.

“Isso faz com que as células imunológicas ignorem o câncer, em vez de destruí-lo como deveriam”, explicou Tender.

Chegar lá é metade da batalha

A biomolécula de busca de mucina dos pesquisadores é feita de duas partes fundidas. A primeira parte é uma mucinase derivada de bactérias que cliva as mucinas. A segunda parte é um nanocorpo específico do câncer que se liga a um antígeno correspondente nas células cancerígenas.

O nanocorpo “estaciona a mucinase na célula cancerosa”, disse Bertozzi, diretor da família Baker da Sarafan ChEM-H. “Esta tecnologia faz parte de nosso programa maior na Sarafan ChEM-H sobre medicamentos baseados em proximidade.” Medicamentos baseados em proximidade agrupam biomoléculas de interesse para uma determinada região para que uma reação química desejada possa acontecer nas proximidades.

A equipe de Bertozzi estudou extensivamente as proteases bacterianas que clivam as mucinas. Essas “mucinases” cortam quando encontram arranjos específicos de peptídeos (aminoácidos) e glicanos (açúcares) nas mucinas. Para este estudo, os pesquisadores escolheram uma mucinase, chamada StcE (pronuncia-se “sticky”), derivada da bactéria E. coli.

Enzimas bacterianas já são usadas em tratamentos para câncer, como leucemias linfoblásticas agudas infantis. No entanto, as mucinases não foram testadas como agentes terapêuticos injetáveis. Portanto, a equipe precisava verificar se a mucinase StcE funciona e é segura. A equipe testou a mucinase StcE em camundongos e descobriu que ela funciona, mas devastou mucinas por todo o corpo, verificando a necessidade de direcionar a mucinase para mucinas associadas a tumores.

Pesquisas anteriores do laboratório de Bertozzi e outros demonstraram que a fusão de anticorpos com enzimas pode direcionar sua atividade para células específicas. Mas requer a engenharia da enzima para funcionar um pouco menos bem, então ela só corta quando perto de seu alvo. Depois de muitas mutações da mucinase StcE, a equipe criou uma versão, chamada eStcE (“engineered sticky”), que atendeu às suas necessidades.

A equipe selecionou um nanocorpo conhecido como 5F7 para sua biomolécula porque é bem estudado e corresponde ao antígeno (chamado HER2) associado a câncer de mama, ovário e outros. Os pesquisadores projetaram duas orientações diferentes da combinação de nanocorpos eStcE mucinase-HER2 e testaram cada uma quanto