Do chuveiro ao mar: abrindo os olhos para os perigos dos microplásticos

A poluição plástica tornou-se um problema global substancial e está causando danos ambientais irreversíveis. Partículas microplásticas (ou microplásticos), pedaços de plástico medindo entre 1 μm e 5 mm, são contaminantes emergentes que estão gerando intensa preocupação. Um relatório da Organização Mundial da Saúde (OMS) de 2022 sobre a exposição a microplásticos destaca a natureza onipresente dos microplásticos, que foram documentados nos nossos oceanos, no ar, no solo e em alimentos e bebidas.

Os microplásticos podem ser gerados a partir de fontes primárias ou secundárias. Microplásticos primários têm menos de 5 mm de tamanho e suas fontes incluem microesferas de cosméticos, agentes de limpeza e microfibras de têxteis sintéticos. Os microplásticos secundários são formados a partir da quebra de partículas plásticas maiores e são mais heterogêneos em relação ao seu tamanho e composição. Exemplos de microplásticos secundários incluem detritos de pneus de veículos, partículas liberadas de tinta, marcações de estradas, revestimentos marítimos e microfibras.

Avaliar as fontes, a criação e o destino dos microplásticos é importante para que possamos entender por que eles são tão comuns no meio ambiente (Figura 1). Ao considerar uma abordagem do ciclo de vida do plástico, podemos identificar os principais pontos críticos para o sistema de produção e consumo, que leva em consideração o impacto potencial causado pelos produtos de plástico em cada etapa:

• Clima
• Ecossistemas
• Saúde
• Economia

Os microplásticos podem ser absorvidos por organismos por ingestão, inalação ou exposição da pele. Acredita-se que os microplásticos e seus produtos químicos e aditivos exerçam inúmeros efeitos negativos na nossa saúde em áreas como doenças inflamatórias crônicas e câncer. As evidências sobre o efeito dos microplásticos sobre a vida marinha variam desde a redução da alimentação e fotossíntese até a diminuição da reprodução. Microplásticos podem até carregar compostos e metais tóxicos, que causam ainda mais danos.

Precisamos abrir os olhos para as evidências. É hora de acordarmos para as ameaças associadas aos microplásticos. Estamos fazendo o bastante para resolver esse problema aparentemente insuperável?

Tendências de publicação sobre microplásticos

Uma análise dos dados do CAS Content Collection™ relacionados a microplásticos, microfibras e tópicos associados resultou em um conjunto total de quase 9.500 artigos. As principais tendências em publicações mostraram um aumento de mais de 30 vezes nas publicações sobre microplásticos no período de dez anos de 2011 (n = 81) a 2021 (n = 2.811), enquanto o número de patentes permaneceu estável durante o mesmo período (Figura 2).

Os dados do CAS revelam que os países que lideram a publicação de literaturas relacionadas aos microplásticos são a China, seguida pelos EUA, Alemanha, Coreia do Sul e Itália (Figura 3).

As cinco principais substâncias registradas na pesquisa com microplásticos são o homopolímero de eteno (polietileno), poliestireno, homopolímero de 1-propeno (polipropileno), tereftalato de polietileno (PET) e cloreto de polivinila (PVC; Figura 4). A celulose foi outra substância destacada nas descobertas – paradoxalmente, devido ao seu uso como substituto de polímero (em aplicações como eletrônica, biomedicina e remoção de microplásticos) e sua presença como microplástico no celofane e fibras de rayon – na forma de celulose regenerada.

Enfrentando o desafio dos microplásticos

A pergunta é: o que pode ser feito para combater os microplásticos no ambiente natural? Os métodos propostos especificamente para a remoção de microplásticos de ambientes marinhos incluem a exploração de sistemas de navios, sistemas de coleta de resíduos e até mexilhões, cujas fezes, devido ao plástico componente, flutuam na superfície da água. No entanto, os métodos de coleta na água podem ser difíceis e os esforços para remover os microplásticos existentes diretamente dessa maneira têm sido limitados.

Abordagens viáveis para impedir que os microplásticos cheguem ao meio ambiente incluem o uso de estações de tratamento de águas residuais, acessórios de lavanderia em máquinas de lavar para capturar microfibras e a alteração dos processos de fabricação de roupas para minimizar o atrito ou melhorar a integridade mecânica das roupas.

Palavras-chave populares relacionadas à remoção de microplásticos na análise de publicações da CAS incluíram ‘filtration’, ‘wastewater plants (WWTP)’ e ‘membrane bioreactor (MBR)’ (Figura 5). Os volumes de publicação incluindo a maioria das palavras-chave cresceram significativamente desde meados da década de 2010, sugerindo que houve uma reação imediata ao problema, e os esforços de pesquisa relacionados à remoção parecem aumentar em um ritmo semelhante ao da pesquisa de microplásticos em geral.

Talvez mais importante, reduzimos nosso uso de plásticos em geral. Alternativas biodegradáveis ou sustentáveis, como xampu em barra e esponjas de bambu, juntamente com lojas de desperdício zero e marcas de moda ética, estão crescendo em popularidade.

O combate à poluição de microplásticos vai exigir dedicação de longo prazo e esforços conjuntos entre cientistas, pesquisadores, empresários, governos e o público em geral. As barreiras aos esforços de remoção de microplásticos incluem a falta de qualidade dos dados existentes de acordo com a OMS, enquanto a qualidade das evidências não é considerada robusta.

Mais pesquisas de campo e de laboratório devem ser realizadas para caracterizar os verdadeiros efeitos dos microplásticos na saúde, incluindo a retenção e eliminação dos tecidos, juntamente com sua capacidade de ligação. A melhoria das ferramentas analíticas capazes de detectar partículas menores (nanoplásticos) é outra prioridade.

Embora os especialistas reconheçam as inúmeras maneiras pelas quais podemos enfrentar o problema dos microplásticos, o financiamento para a remoção de microplásticos e a falta de lucratividade associada representam um desafio fundamental. A assistência financeira e o aumento das leis regulatórias sobre o uso de plásticos ajudarão a acelerar o progresso em direção a uma economia de plásticos mais sustentável, além de um futuro mais limpo e saudável. Leia mais sobre este tópico em nosso Relatório de insights sobre microplásticos.

Em colaboração com a National Natural Science Foundation of China e a National Science Library at the Chinese Academy of Sciences, este panorama detalhado da química orgânica sintética foi publicado em conjunto na Organic Letters e no Journal of Organic Chemistry. Esta publicação revisa conexões ocultas e novas oportunidades dentro do CAS Content Collection. Três importantes áreas de pesquisa foram escolhidas: catálise enzimática, fotocatálise e química ambiental. Isso ajudará pesquisadores e tomadores de decisão a entender o estado atual do esforço de pesquisa mundial nessa área e a prever potenciais perspectivas e aplicações para a síntese orgânica no futuro.

Apesar de ser uma disciplina bem estabelecida, a química orgânica sintética continua a avançar na última década com o objetivo de atender às necessidades da sociedade em todas as áreas da vida. Dada a sua importância para a química, a tecnologia e até para a humanidade, é importante entender a história da síntese orgânica.

Em colaboração com a National Science Library at the Chinese Academy of Sciences, este panorama detalhado da química orgânica sintética revela conexões ocultas e novas oportunidades dentro do CAS Content Collection. A partir da análise de tendências de publicação e das revisões de especialistas no assunto, foram escolhidas três importantes áreas de pesquisa em ascensão no campo da síntese orgânica: catálise enzimática, fotocatálise e química verde. Este relatório ajudará pesquisadores e tomadores de decisão a entender o estado atual do esforço de pesquisa mundial nessa área e a prever potenciais perspectivas e aplicações para a síntese orgânica no futuro.

Os exossomos são um subconjunto de vesículas extracelulares de tamanho nanométrico liberadas das células como parte de sua fisiologia normal ou como resultado de patologias específicas que são envoltas por uma membrana de bicamada lipídica. Descobertas inicialmente como “poeira de plaquetas” no plasma humano, elas demonstraram ser secretadas pela maioria das células eucarióticas, participando de uma ampla gama de processos fisiológicos e patológicos.

Em blogs anteriores, descobrimos uma visão geral do cenário dos exossomos e apresentamos as maneiras pelas quais eles podem ser potencialmente utilizados no diagnóstico e administração de medicamentos. No artigo final da nossa série de três partes, destacaremos a amplitude da pesquisa de exossomos atualmente em andamento nessas áreas, com uma análise dos principais desenvolvimentos e perspectivas futuras nessa área tão dinâmica.

Os principais atores na pesquisa de exossomos terapêuticos

O número de empresas utilizando exossomos na terapia está se expandindo rapidamente, com pré-clínicas e clínicas progredindo na terapêutica de exossomos por meio dos seus pipelines. Usando dados do CAS Content Collection™, a maior coleção de conhecimento científico publicado com curadoria humana, exploramos as doenças-alvo nas quais essas empresas terapêuticas estão se concentrando. Descobrimos que as doenças-alvo mais representadas na pesquisa de exossomos são câncer, doenças neurológicas e neurodegenerativas, doenças pulmonares e cicatrização de feridas, indicando uma grande quantidade de produtos exossomais candidatos nessas áreas (Figura 1). Embora a maioria das empresas de plataformas de pesquisa de exossomos tenha portfólios que cobrem várias áreas terapêuticas (por exemplo, VivaZome, Avalon Globocare e Vitti Labs), algumas tendem a se especializar em uma área específica, como a Kimera Labs e seu foco na regeneração da pele e cicatrização de feridas.

Uma avaliação de empresas que atualmente investem em pesquisa pré-clínica de exossomos mostra que os EUA estão na vanguarda, com uma linha diversificada de produtos terapêuticos exossomais. A empresa de biotecnologia Capricor Therapeutics, com sede na Califórnia, está desenvolvendo várias plataformas de exossomos, incluindo exossomos de células derivadas de cardiosfera, exossomos modificados e uma vacina baseada em exossomos para covid-19. Embora sua plataforma de exossomos ainda esteja nos estágios pré-clínicos, eles observaram dados promissores em várias indicações e fizeram parceria com outras instituições acadêmicas para impulsionar sua pesquisa.

A Xollent Biotech é outro participante importante na pesquisa de exossomos, com uma linha diversificada de terapias de exossomos. A versatilidade dos exossomos permite vias alternativas de administração, com tratamentos em pipeline compostos por um acesso intravenoso para tratamento de infarto do miocárdio, um spray para alopecia e uma injeção sem agulha para combater o envelhecimento da pele. Outras empresas com foco em cosméticos incluem a Exocel Bio e a Florica Therapeutics, que estão explorando terapias regenerativas de exossomos derivadas de células-tronco na estética e combate ao envelhecimento.

Pesquisa diagnóstica de exossomos: progresso atual e direções futuras

Conforme exploramos no blog anterior da série, os exossomos têm várias propriedades que os tornam biomarcadores ideais, incluindo durabilidade, especificidade e sensibilidade. Consequentemente, a aplicação de exossomos como biomarcadores e em testes de diagnóstico é uma área crescente de interesse de pesquisa. Embora a pesquisa ainda esteja no início, várias empresas realizaram pesquisas pré-clínicas de exossomos, principalmente com relação ao câncer. Exemplos notáveis incluem a Mercy Bioanalytics e seu teste Halo para detecção precoce de câncer, e pesquisas do MD Anderson Cancer Center da Texas University Texas, que investigam o uso de exossomos circulantes positivos de glipicano-1 na detecção precoce de câncer pancreático.

As organizações também estão otimizando ensaios de diagnóstico em outras áreas terapêuticas. Por exemplo, uma colaboração entre a Harvard Medical School, nos Estados Unidos, e a Wenzhou Medical University, na China, está empregando uma análise incorporada de exossomos derivados de lágrimas via sistema de isolamento rápido (iTEARS), que demonstrou potencial no diagnóstico molecular da síndrome do olho seco e da retinopatia diabética. As doenças neurodegenerativas também são um foco importante nos estudos de biomarcadores exossomais. Pesquisadores da University of California no San Francisco Medical Center descobriram um painel de biomarcadores que podem desempenhar um papel no diagnóstico precoce da doença de Alzheimer.

Terapêutica de exossomos em ensaios clínicos

Atualmente, o número total de ensaios clínicos registrados no site https://clinicaltrials.gov para terapêutica exossomal é de 59. As doenças-alvo mais pesquisadas para a terapêutica exossomal incluem doenças pulmonares (11 ensaios clínicos), infecções por SARS-CoV-2 (9 ensaios clínicos), juntamente com câncer, doenças cardíacas e doenças neurológicas (todas com 4 ensaios clínicos). Ensaios clínicos destacados com relação a essas doenças estão listados na Tabela 1. Para obter uma lista mais abrangente dos ensaios clínicos terapêuticos, consulte nosso Relatório de insights sobre exossomos publicado recentemente.

Tabela 1. Ensaios clínicos terapêuticos de exossomos destacados

Diagnóstico de exossomos em ensaios clínicos

Atualmente, há um total de 208 ensaios clínicos no site https://clinicaltrials.gov com exossomos sendo usados para diagnóstico. Mais da metade desses ensaios clínicos (108) estão relacionados ao diagnóstico de câncer utilizando exossomos. Outras doenças altamente representadas incluem doenças neurológicas (15 ensaios clínicos), doenças cardiovasculares (13 ensaios clínicos) e doenças pulmonares (6 ensaios clínicos). O diagnóstico precoce dessas doenças é fundamental para um melhor prognóstico. O grande número de ensaios clínicos de exossomos para diagnóstico destaca o valor e as vantagens do uso de exossomos no diagnóstico precoce de doenças. A Tabela 2 destaca as empresas, centros médicos e universidades relacionadas ao diagnóstico exossomal dessas doenças. Para obter uma lista mais abrangente dos ensaios clínicos de diagnóstico, consulte nosso Relatório de insights sobre exossomos publicado recentemente.

Tabela 2. Ensaios clínicos de diagnóstico de exossomos destacados

Exossomos como doença-alvo em ensaios clínicos

Usar exossomos como alvo é outro caminho que vem sendo explorado para o tratamento de doenças. A Aetholon Medical é uma empresa clínica com sede na Califórnia que desenvolveu um dispositivo médico experimental chamado Hemopurifier. Focado em exossomos circulantes, o Hemopurifiier captura exossomos virais, de toxinas bacterianas e de câncer para tratar doenças. Até o momento, a Aetholon usou o Hemopurifer para tratar pacientes com Ebola, hepatite C, HIV e covid-19. Seus dois ensaios clínicos atuais são explorados na Tabela 3.

Tabela 3. Ensaios clínicos destacados com foco em exossomos (eliminação física) para o tratamento de doenças

Superando desafios na pesquisa de exossomos

Os exossomos são uma área de pesquisa interessante e apresentam um enorme potencial para uso diagnóstico e terapêutico. No entanto, as aplicações clínicas dos exossomos, embora altamente promissoras, são atualmente prejudicadas por lacunas no conhecimento. Trabalhos futuros devem se concentrar em priorizar os mecanismos exatos de biogênese e absorção de exossomos, além de elucidar suas interações com células-alvo que, juntas, ajudarão os pesquisadores a aproveitar seu potencial terapêutico. Outro obstáculo importante a ser superado na pesquisa de exossomos são os desafios atuais relacionados ao isolamento de exossomos. A falta de padronização desses processos atrapalha a utilidade clínica. Por fim, a amplitude de aplicações de exossomos no pipeline significará que questões específicas de classificação regulatória e jurisdição precisam ser esclarecidas para permitir o estabelecimento de planos de desenvolvimento.

Embora lacunas significativas de conhecimento devam ser preenchidas, a pesquisa de exossomos apresenta oportunidades significativas no tratamento de uma infinidade de doenças – é um longo caminho de distância desde a poeira de plaquetas.

Para saber mais, consulte nosso Relatório de insights sobre exossomos publicado recentemente.

Os exossomos são um subconjunto de vesículas extracelulares de tamanho nanométrico liberadas das células como parte de sua fisiologia normal ou como resultado de patologias específicas. No nosso blog anterior sobre evolução exossomal, discutimos o avanço dessas nanopartículas naturais, desde sua descoberta até o recente boom na pesquisa de vesículas extracelulares.

Na segunda parte desta série de três blogs, exploraremos mais informações do CAS Content Collection™, a maior coleção de conhecimento científico publicado com curadoria humana, resumindo as principais aplicações da terapia de exossomos na administração e diagnóstico de medicamentos.

Tendências crescentes da pesquisa em terapias com exossomos

Usando o CAS Content Collection, analisamos a presença e tendências de determinados conceitos-chave em publicações científicas relevantes para aplicações de exossomos na administração de medicamentos e diagnósticos (Figura 1). As palavras-chave "targeting" (alvo) e "biomarker" (biomarcador) ficaram entre as mais procuradas, refletindo o crescente interesse em exossomos na terapêutica. Significativamente, a análise dos principais conceitos durante os anos de 2017-2021 revelou um aumento acentuado no termo "blood-brain barrier" (barreira hematoencefálica) nos últimos dois anos, indicando a importância desse tópico na pesquisa de terapias com exossomos. Como aprendemos na primeira parte, os exossomos podem atravessar a barreira hematoencefálica. A capacidade de cruzar essa barreira altamente seletiva não apenas torna os exossomos ferramentas valiosas de diagnóstico, mas também pode fornecer um meio de fornecer carga terapêutica ao cérebro, ajudando a tratar o câncer e lesões cerebrais traumáticas.

Figura 1. Conceitos-chave nas publicações científicas relevantes para as aplicações de exossomos na administração de medicamentos e diagnóstico: (A) Número de publicações que exploram os conceitos-chave relacionados às aplicações de exossomos em terapia e diagnóstico. (B) Tendências nos principais conceitos apresentados nos artigos relacionados a aplicações e diagnósticos de terapia de exossomos durante os anos de 2017-2021. As porcentagens são calculadas com números de publicações anuais para cada conceito-chave, normalizados pelo número total de publicações para o mesmo conceito no mesmo período.

O primeiro passo vital na terapia de exossomos: isolamento e purificação de exossomos

Antes que os exossomos possam ser utilizados na prática médica em larga escala, é crucial que essas partículas nanométricas possam ser distinguidas com precisão de um amplo espectro de detritos celulares e componentes interferentes. Ainda não existe uma única abordagem padronizada para a separação e análise de exossomos, com cada abordagem fornecendo pontos fortes e limitações únicos (resumidos na Tabela 1). Embora a ultracentrifugação já tenha sido considerada a melhor abordagem-padrão, a precipitação e os métodos microfluídicos se mostraram mais populares nos últimos anos devido à sua capacidade de purificar exossomos sem causar danos potenciais (Figura 2). A combinação de vários desses métodos tem sido sugerida como uma estratégia promissora para melhorar o resultado do isolamento. Ou seja, fornecer subconjuntos de exossomos com alta pureza em relação ao tamanho, morfologia, concentração, presença de marcadores enriquecidos com exossomos e ausência de contaminantes.

Tabela 1. Principais métodos de isolamento/purificação de exossomos

Figura 2. Tendências no número de documentos relacionados a aplicações de terapia de exossomos e diagnósticos relativos a vários métodos de isolamento de exossomos durante os anos de 2014-2021. (As porcentagens são calculadas com números de publicações anuais para cada método de isolamento, normalizados pelo número total de publicações para o mesmo método de isolamento no mesmo período).

Terapia de exossomos e administração de medicamentos

Depois que os exossomos forem extraídos e purificados, como podemos transformá-los em sistemas eficazes de administrar medicamentos? Felizmente, os exossomos são feitos para essa função, combinando os benefícios dos nanocarreadores sintéticos e dos sistemas de administração de medicamentos mediados por células, evitando suas limitações. O primeiro passo para aproveitar essas propriedades é o “carregamento de carga”, o processo de carregamento de exossomos com materiais terapêuticos. Vários métodos de carregamento de carga têm sido empregados para esse fim, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens (Tabela 2).

Tabela 2. Técnicas de carregamento de carga

Como um tipo de mensageiros de célula para célula, os exossomos desempenham um papel crucial em diferentes processos fisiológicos. Consequentemente, exossomos secretados por diferentes tecidos e células exibem propriedades exclusivas. Por exemplo, descobriu-se que os exossomos derivados de tumores afetam propriedades do tumor, como crescimento, angiogênese, invasão e metástase. Em contraste, exossomos de células-tronco mesenquimais (MSCs) têm propriedades que as tornam ideais para uso como adjuvantes no apoio e complementação de outras modalidades terapêuticas. Na verdade, a Direct Biologics, uma empresa sediada nos EUA, está explorando a utilidade do ExoFlo terapêutico derivado de MSC em ensaios clínicos para colite ulcerosa, rejeição de órgãos transplantados e covid-19, entre outros.

Embora as aplicações potenciais da terapia exossomal sejam amplas, de longe a área mais comum de pesquisa exossomal é o câncer, seguido por inflamações e infecções. Ao analisar a correlação entre células doadoras de exossomos e as doenças às quais foram aplicadas, percebemos um padrão claro. Células apresentadoras de antígenos e células NK (natural killer) são usadas com mais frequência em estudos de câncer. Os macrófagos e as células-tronco são mais usados nas inflamações, enquanto as células apresentadoras de antígenos e células T são usadas com frequência nas infecções (Figura 3).

Figura 3. Correlação entre células doadoras de exossomos e doenças às quais os exossomos têm sido aplicados nos estudos relacionados à terapia e diagnóstico de exossomos, conforme representado pelo número de documentos no CAS Content Collection.

As muitas aplicações direcionadas da terapia de exossomos

Outra aplicação notável e em rápida expansão dos exossomos é seu uso como agentes terapêuticos. Os sistemas de exossomos têm sido aplicados como ferramentas terapêuticas ou de diagnóstico para uma ampla variedade de distúrbios. Nossa análise do CAS Content Collection mostra que a maioria das publicações (68%) sobre terapia com exossomos está associada ao câncer. Foi demonstrado que microRNAs exossomais (miRNAs) inibem a proliferação, migração e invasão de células cancerígenas. Essa abordagem tem sido explorada para vários subtipos de células malignas, incluindo cânceres de bexiga, colorretal e de mama. Os exossomos também têm enorme potencial terapêutico em doenças neurodegenerativas, inflamatórias e cardiovasculares, que também estão representadas (Figura 4).

Figura 4. Distribuição das publicações no CAS Content Collection relacionadas às aplicações da terapia de exossomos e diagnósticos com relação às doenças-alvo.

Como os exossomos estão envolvidos na patogênese de doenças como o câncer, uma estratégia terapêutica bem-sucedida pode envolver a redução da produção e circulação elevadas de exossomos a níveis normais para prevenir a progressão da doença. Vários estudos em andamento exploram os impactos da modulação da via de terapia exossomal em várias etapas, incluindo sua produção, liberação e absorção. A eliminação física de exossomos também foi explorada em células cancerígenas. A hipótese levantada pelos pesquisadores era de que essa eliminação pode dificultar a comunicação entre as células tumorais que contribuem para a progressão do tumor.

Uso diagnóstico dos exossomos

Para ser viável para uso clínico, um biomarcador deve exibir várias propriedades. Ele deve ser de fácil acesso, econômico, específico, altamente sensível e mensurável. Devido às suas propriedades únicas, os exossomos atendem a muitos desses requisitos, mostrando superioridade sobre os biomarcadores convencionais baseados em soro, particularmente no que tocante à sensibilidade e precisão do diagnóstico.

Existem várias vantagens em empregar exossomos dessa forma terapêutica. Em primeiro lugar, como o estado patológico das células afeta muito o conteúdo dos exossomos (como observado na doença de Alzheimer), o estudo dessas vesículas extracelulares pode fornecer uma janela para o estado da doença no tecido. Eles também são naturalmente estáveis, com uma bicamada lipídica que os torna resistentes à degradação, mesmo em microambientes hostis. Em termos de praticidade, os exossomos podem ser isolados de forma simples e não invasiva a partir de fluidos biológicos como urina, sangue e até lágrimas. Uma vez extraídos, eles podem ser armazenados por congelamento, liofilização ou secagem por pulverização. Finalmente, ao contrário de muitos biomarcadores séricos convencionais, os exossomos podem atravessar a barreira hematoencefálica, fornecendo informações sobre as células cerebrais que, de outra forma, seriam difíceis de obter. Vários candidatos a biomarcadores de proteínas exossomais (Tabela 3) e biomarcadores de ácido nucleico (Tabela 4) estão sendo explorados atualmente. Para obter a lista expandida desses biomarcadores, consulte nossa publicação da ACS, Exosomes – Nature's Lipid Nanoparticles, A Rising Star in Drug Delivery and Diagnostics.

Tabela 3. Exemplos de proteínas exossomais para aplicações de diagnóstico clínico

Tabela 4. MiRNAs exossomais como agentes diagnósticos e terapêuticos do câncer

O interesse pelos exossomos como biomarcadores é refletido no grande crescimento do número de documentos relacionados às aplicações de terapia e diagnóstico de exossomos, conforme revelado pela análise do CAS Content Collection (Figura 5). Embora, à primeira vista, a impressão seja de que os documentos relacionados à terapêutica são os mais frequentes, a porcentagem geral de documentos é distribuída igualmente entre as duas aplicações.

Figura 5. Aplicação diagnóstica vs. terapêutica de exossomas: (A) Comparação do número de documentos relativos a aplicações de terapia de exossomos vs. diagnósticos; Inset: crescimento anual do número de documentos relacionados a aplicações de exossomos em terapia vs. diagnóstico. (B) Comparação do número de documentos relacionados com aplicações de exossomos em terapia vs. diagnóstico relacionados aos seus indicadores de função (THU, terapêutico; DGN, diagnóstico).

Embora a pesquisa atual de terapia com exossomos seja promissora, muitos estudos continuam no estágio pré-clínico. Dito isso, quão perto estamos de utilizar todo o potencial dos exossomos na terapêutica e diagnóstico? Quais são os obstáculos e desafios que nos impedem de avançar? No artigo final da nossa série, descobriremos os principais participantes na pesquisa de exossomos, com atualizações sobre as iniciativas de pesquisa mais relevantes neste campo emocionante e dinâmico. Enquanto isso, você pode ler mais em nosso relatório de insights sobre exossomos.

O ritmo da inovação nunca desacelera e o impacto dessas descobertas científicas redefinirá a maneira como vivemos, trabalhamos e nos conectamos com o mundo ao nosso redor.  

Quer ficar por dentro das tendências emergentes? 

Uma nova era de exploração espacial

Quer uma lembrança do quão incrivelmente vasto é o nosso universo? As primeiras fotos do Telescópio espacial James Webb são de tirar o fôlego. Este é o telescópio tecnicamente mais avançado e poderoso já criado, e os aprendizados que ele nos proporciona sobre nosso universo levarão a futuras missões e explorações para as próximas gerações. Recentemente, a mais nova missão à lua foi lançada. O Artemis Program, da NASA, abrirá caminho para uma futura missão a Marte. Esta nova era de exploração espacial impulsionará avanços tecnológicos em campos além da astronáutica e estimulará o progresso em aplicações do mundo real, como materiais, ciências alimentares, agricultura e até cosméticos.

Um marco nas previsões de IA

Há décadas, a comunidade científica busca uma maior compreensão das relações entre as funções das proteínas e as estruturas 3D. Em julho de 2022, a Deep Mind revelou que a estrutura 3D dobrada de uma molécula de proteína pode ser prevista a partir da sua sequência linear de aminoácidos usando os algoritmos AlphaFold2, RoseTTAFold e trRosettaX-Single. As previsões dos algoritmos reduziram o número de proteínas humanas com dados estruturais desconhecidos de 4.800 para apenas 29. Embora a IA nunca esteja livre de desafios, a capacidade de prever estruturas de proteínas pode influenciar todas as ciências da vida. Os principais desafios para o futuro incluem a modelagem de proteínas com propriedades desordenadas intrínsecas e aquelas que alteram estruturas por modificações pós-traducionais ou condições ambientais. Além da modelagem de proteínas, os avanços da IA ​​continuam a remodelar os fluxos de trabalho e expandir os recursos de descoberta em muitos setores e disciplinas.

Desenvolvimento de tendências em biologia sintética

A biologia sintética tem o potencial de redefinir as vias sintéticas por meio de sistemas biológicos modificados (ou seja, microrganismos, para os quais uma grande parte do genoma ou todo o genoma foi projetado ou manipulado) para fabricar uma variedade de biomoléculas e materiais, como terapêuticos, sabores, tecidos, alimentos e combustíveis. Por exemplo, insulina que poderia ser produzida sem o uso de pâncreas de porco, couro sem gado e seda de aranha sem aranhas. O potencial para as ciências da vida já é inacreditável, mas, quando aplicada às indústrias de manufatura, a biologia sintética pode minimizar os desafios futuros da cadeia de suprimentos, aumentar a eficiência e criar novas oportunidades para biopolímeros ou materiais alternativos com abordagens mais sustentáveis. Atualmente, as equipes usam de modelagem metabólica baseada em IA, ferramentas CRISPR e circuitos genéticos sintéticos para controlar o metabolismo, manipular a expressão gênica e construir caminhos para a bioprodução. À medida que essa disciplina começa a influenciar vários setores, os mais recentes desenvolvimentos e tendências emergentes para controle metabólico e desafios de engenharia são apresentados em um artigo do Journal of Biotechnology de 2022.

A grande promessa da metabolômica de célula única

Embora muito progresso tenha sido feito no sequenciamento e mapeamento genético, a genômica apenas nos diz do que uma célula é capaz. Para ter uma melhor compreensão das funções celulares, abordagens proteômicas e metabolômicas oferecem diferentes ângulos para revelar perfis moleculares e vias celulares. A metabolômica de célula única fornece um panorama do metabolismo celular dentro de um sistema biológico. O desafio é que os metabolomas mudam rapidamente e a preparação da amostra é fundamental para entendermos a função celular. Coletivamente, uma série de avanços recentes em metabolômica de célula única (de técnicas de código aberto, algoritmos avançados de IA, preparações de amostras e novas formas de espectrometria de massa) demonstra a capacidade de executar análises espectrais de massa detalhadas. Isso permite que os pesquisadores determinem a população de metabólitos célula por célula, o que forneceria um enorme potencial para diagnósticos. No futuro, isso pode levar à capacidade de detecção de até mesmo uma única célula cancerígena em um organismo. Combinado com novos métodos de detecção de biomarcadores, dispositivos médicos vestíveis e análise de dados assistida por IA, esse conjunto de tecnologias melhorará os diagnósticos e a vida em geral.

Novos catalisadores permitem a produção de fertilizantes mais ecológicos

Todos os anos, bilhões de pessoas dependem de fertilizantes para a produção contínua de alimentos. Reduzir a pegada de carbono e as despesas na produção de fertilizantes reformularia o impacto que a agricultura tem sobre as emissões. O processo Haber-Bosch para a produção de fertilizantes converte nitrogênio e hidrogênio em amônia. Para reduzir os requisitos de energia, os pesquisadores da Tokyo Tech desenvolveram um catalisador de nitreto livre de metais nobres contendo um metal de transição cataliticamente ativo (Ni) em um suporte de nitreto de lantânio que é estável na presença de umidade. Uma vez que o catalisador não contém rutênio, ele pode ser uma opção barata para reduzir a pegada de carbono da produção de amônia. O suporte La-Al-N, juntamente com os metais ativos, como níquel e cobalto (Ni, Co), produziu NH3 em taxas semelhantes aos catalisadores convencionais de nitreto, feitos de metal. Saiba mais sobre a produção sustentável de fertilizantes no nosso artigo mais recente.

Avanços na medicina de RNA

Embora a aplicação de mRNA em vacinas contra covid-19 tenha atraído muita atenção, a verdadeira revolução da tecnologia de RNA está apenas no início. Uma nova vacina contra a gripe com mRNA modificado por nucleosídeo multivalente foi desenvolvida recentemente. Essa vacina tem o potencial de criar proteção imunológica contra qualquer um dos 20 subtipos conhecidos do vírus influenza, protegendo contra futuros surtos. Muitas doenças genéticas raras são o próximo alvo das terapias de mRNA. Muitas vezes, elas não contêm uma proteína vital e podem ser curadas pela substituição de uma proteína saudável por meio da terapia de mRNA. Além das terapias de mRNA, o pipeline clínico tem muitos candidatos terapêuticos de RNA para várias formas de câncer e doenças sanguíneas e pulmonares. O RNA é altamente direcionado, versátil e facilmente customizado, sendo aplicável a uma grande variedade de doenças. Saiba mais sobre o pipeline clínico movimentado e as tendências emergentes em tecnologias de RNA no nosso relatório mais recente do CAS Insights.

Transformação esquelética acelerada

No âmbito da química sintética, o desafio de trocar com segurança um único átomo em uma estrutura molecular ou inserir e excluir átomos individuais de um esqueleto molecular tem sido formidável. Embora muitos métodos tenham sido desenvolvidos para funcionalizar moléculas com substituintes periféricos (como a ativação de C-H), um dos primeiros métodos para realizar modificações de átomo único nos esqueletos de compostos orgânicos foi desenvolvido pelo grupo de Mark Levin, na University of Chicago. Isso permite a clivagem seletiva da ligação N-N dos núcleos pirazol e indazol para fornecer pirimidinas e quinazolinas. O desenvolvimento adicional de métodos de edição esquelética permitiria uma rápida diversificação de moléculas comercialmente disponíveis, o que poderia levar a descobertas muito mais rápidas de moléculas funcionais e candidatos ideais a medicamentos.

Os avanços na regeneração de membros

Estima-se que a perda de membros afetará mais de 3,6 milhões de indivíduos por ano até 2050. Por muito tempo, os cientistas acreditaram que a maior chave para a regeneração dos membros fosse a presença de nervos. No entanto, o trabalho feito pelo Dr. Muneoka e sua equipe demonstrou a importância da carga mecânica para a regeneração dos dedos em mamíferos e que a ausência de um nervo não inibe a regeneração. O avanço da regeneração de membros também foi alcançado por pesquisadores da Tufts University, que usaram a administração aguda de múltiplas drogas por meio de um biorreator vestível, para permitir a regeneração bem-sucedida de membros em sapos no longo prazo. Esse sucesso inicial poderia levar a avanços maiores e mais complexos na reengenharia de tecidos para humanos, eventualmente beneficiando veteranos militares, diabéticos e outros afetados por amputação e trauma.

A fusão nuclear gera ainda mais energia líquida com a ajuda da ignição

A fusão nuclear é o processo que alimenta o sol e as estrelas. Durante décadas, a ideia de replicar a fusão nuclear na Terra como fonte de energia, em teoria, poderia suprir todas as necessidades energéticas futuras do planeta. O objetivo é forçar os átomos leves a colidirem com tanta força que eles se fundem e liberam mais energia do que a consumida no processo. No entanto, superar a repulsão elétrica entre os núcleos positivos requer altas temperaturas e pressões. Uma vez superada a pressão, a fusão libera grandes quantidades de energia, o que também deve impulsionar a fusão dos núcleos próximos. Tentativas anteriores de iniciar a fusão usaram campos magnéticos fortes e lasers poderosos, mas não conseguiram gerar mais energia do que consumiram.

Pesquisadores da instalação de ignição do Lawrence Livermore National Laboratory relataram que a equipe foi capaz de iniciar a fusão nuclear, que criou 3,15 megajoules de energia a partir do laser de 2,05 megajoules usado. Embora este seja um avanço monumental, a realidade de uma usina de fusão nuclear funcional alimentando nossas redes ainda pode levar décadas para acontecer. Os obstáculos à implementação são imensos (escalabilidade, segurança da instalação, energia necessária para gerar o laser, subprodutos desperdiçados etc.) e devem ser resolvidos antes que qualquer coisa se concretize.  

Com insights exclusivos sobre um campo emergente da ciência, este relatório do CAS Insights revela marcos históricos, novas aplicações e tendências emergentes encontradas no CAS Content Collection™. Os exossomos são nanopartículas lipídicas da natureza e suas propriedades físicas únicas podem abrir as portas para novas aplicações no diagnóstico, desenvolvimento, administração e aplicações de medicamentos no futuro.

Nos últimos anos, as nanopartículas lipídicas têm estado no centro das atenções devido ao seu papel nas vacinas de mRNA, mas os exossomos são frequentemente chamados de “nanopartículas lipídicas da natureza”. Como um subconjunto de vesículas extracelulares, eles poderiam remodelar os campos futuros de administração de medicamentos e diagnósticos. Suas propriedades físicas únicas (estabilidade inata, biocompatibilidade e capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica) oferecem muitas vantagens para o futuro.

Esta publicação revisada por pares na ACS Nano usa o CAS Content Collection para examinar os benefícios multifacetados dos exossomos no desenvolvimento e diagnóstico de medicamentos. Isso inclui um exame dos avanços históricos, o uso potencial deles como veículo de administração e seu papel emergente nos diagnósticos.