Bactérias fornecem tratamento de ataque cardíaco

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Bactérias fornecem tratamento de ataque cardíaco
Implantes contendo cianobactérias ajudam a produzir oxigênio dentro do tecido cardíaco para reparar os
danos causados após um ataque cardíaco.
Ao contrário da crença comum, nem todas as bactérias são prejudiciais aos seres humanos. Por
exemplo, as bactérias “boas” no sistema digestivo contribuem para a microbiota intestinal que, entre
outras funções, protege contra microrganismos patogênicos competindo por nutrientes e modulando o
sistema imunológico.
Mas mesmo bactérias nocivas têm um lugar na medicina, e os cientistas estão aproveitando-as para
tratar doenças. Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade de Nanchang, na China,
combinaram ciência e biologia de materiais para desenvolver implantes bacterianos que possam ajudar
a prevenir e tratar ataques cardíacos.
O oxigênio no coração
Milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de ataques cardíacos todos os anos e muitos levam a
doenças cardíacas crônicas, como a insuficiência cardíaca. Um ataque cardíaco ocorre quando o fluxo
sanguíneo é reduzido ou restrito e o coração não recebe a quantidade necessária de oxigênio. Esta falta
de oxigênio nas células cardíacas afeta sua função regular e pode levar à morte celular.
As estratégias atuais que envolvem drogas e cirurgia não podem recuperar células cardíacas
danificadas, destacando a importância de desenvolver novas terapias para melhor prevenir e tratar
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202920
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ataques cardíacos.
“A importância do oxigênio [entrega] para tecidos e órgãos é auto-evidente”, disse Xiaolei Wang, diretor
do laboratório de biomateriais e impressão 3D no Centro Nacional de Pesquisa em Engenharia de
Bioenvenha de Medicamentos e do Instituto de Tecnologias de Medicina Translacional da Universidade
de Nanchang e correspondente autor do estudo.
Wang e seus colaboradores decidiram criar um método que previne danos às células cardíacas durante
um ataque cardíaco. Para fazer isso, eles aproveitaram o metabolismo natural das cianobactérias,
organismos aquáticos microscópicos comumente conhecidos como algas verde-azuladas e os
modificaram quimicamente para criar o que eles chamavam de “UCCy-Gel” – um hidrogel bacteriano e
injetável.
“Este estudo utiliza a respiração e a fotossíntese de cianobactérias para regular a concentração de
oxigênio no ambiente fisiológico local para prevenir e tratar o infarto do miocárdio [ou ‘ataques
cardíacos’”, disse Wang.
As cianobactérias são organismos vivos unicelulares que, como as plantas, contêm clorofila – a
molécula que permite a conversão da luz solar em energia através da fotossíntese. Quando as
cianobactérias “respiram”, elas convertem oxigênio em dióxido de carbono e, em seguida, durante a
fotossíntese, consomem dióxido de carbono e geram oxigênio. Wang e a equipe encontraram uma
maneira de modular o equilíbrio entre essa respiração e a fotossíntese para controlar a concentração de
oxigênio no ambiente cardíaco, conforme necessário, expondo as bactérias a períodos de escuridão e
luz.
“Este trabalho alcançou [...] regulação precisa do oxigênio in vivo para atender às necessidades clínicas
de diferentes cursos de infarto do miocárdio”, disse Wang.
A fase escura e preventiva
Na ausência de luz, a respiração de cianobactérias diminui a concentração de oxigênio em seu ambiente
circundante, porque a fotossíntese é inativa. Aproveitar esse processo com implantes UCCy-Gel cria
uma terapia preventiva que pode ser útil para pessoas com altas chances de sofrer um ataque cardíaco,
como aquelas que sofreram um derrame, idosos ou pacientes com diabetes.
“O UCCy-Gel é desenvolvido principalmente para a população de alto risco de doenças
cardiovasculares”, disse Wang. O autor acredita que o hidrogel pode ser implantado no coração desses
indivíduos quando eles começam a mostrar sinais de ataques cardíacos, preparando as células
cardíacas para possíveis isquemias ou redução de oxigênio.
Métodos anteriores mostraram que as células cardíacas podem estar “preparadas” para um ataque
cardíaco, minimizando o risco de sofrer danos. A terapia de pré-condicionamento isquêmico consiste em
ciclos de privação de oxigênio, que ajudam as células a se adaptarem produzindo moléculas que evitam
danos devido à falta de oxigênio.
Por exemplo, as células produzem sobre-produzir a proteína protetora chamada Heat Shock Protein 70,
ou HSP70, quando a concentração de oxigênio é baixa. Embora útil, esta terapia é aplicada através do
https://www.advancedsciencenews.com/treating-bone-defects-caused-by-osteoporosis-with-hydrogels/
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sistema circulatório, com o risco de sofrer isquemia descontrolada em um local diferente. É difícil
controlar efetivamente o tempo de isquemia, o que poderia causar danos ao coração.
A tecnologia de Wang tem a vantagem de ser um tratamento localizado, já que o UCCy-Gel é implantado
especificamente no coração e o consumo de oxigênio ocorre apenas em seu ambiente próximo,
enquanto as cianobactérias respiram no escuro.
Para testar a capacidade do UCCy-Gel para pré-condicionamento de células cardíacas, a equipe
realizou estudos em camundongos. Fazendo ecocardiografia, que mede os parâmetros funcionais do
coração, eles encontraram uma melhora na função cardíaca quando os hidrogéis foram implantados
antes do ataque cardíaco em comparação com camundongos não tratados.
Além disso, a equipe observou que as células cardíacas de camundongos com os implantes UCCy-Gel
apresentaram sinais de proteção do tecido cardíaco, o que estava relacionado à presença da proteína
protetora HSP70.
A luz, fase do tratamento
A terapia com oxigênio é o tratamento mais comum para pacientes pós-ataque cardíaco, mas se
aplicada em excesso, pode causar efeitos adversos, como a constrição dos vasos sanguíneos, o que
agrava a lesão.
Wang e a equipe desenvolveram o UCCy-Gel localmente e, de forma controlada, ativam a produção de
oxigênio no coração.
A clorofila nas cianobactérias absorve energia da luz visível. No entanto, a luz visível não penetra nos
tecidos de forma eficiente, o que significa que a equipe não pode ativar as bactérias quando o hidrogel é
implantado dentro do tórax. Os cientistas, portanto, fizeram modificações químicas para revestir as
bactérias com diferentes moléculas que absorvem energia da região do espectro do espectro, que como
resultado de comprimentos de onda mais longos penetram melhor nos tecidos.
Em modelos de camundongos, a equipe mostrou que os implantes NIR e UCCy-Gel resultaram em
melhora da função cardíaca após um ataque cardíaco e menos danos em comparação com
camundongos sem implantes. A ativação de luz UCCy-Gel NIR também forneceu um efeito anti-
inflamatório, que é uma propriedade importante, uma vez que a privação de oxigênio causa inflamação
que danifica as células dos tecidos afetados.
“O oxigênio pode ser gerado pela primeira vez através da irradiação de luz NIR imediatamente quando
ocorrem eventos adversos cardiovasculares, o que reduz o dano cardíaco”, disse Wang.
B zumbido cianobactérias implanta na clínica
Wang explicou que o UCCy-Gel poderia ser implantado através de uma cirurgia comum e minimamente
invasiva chamada pericardiocentese.
Mas antes de entrar na clínica ou mesmo nos estudos em humanos, mais testes são necessários. Por
um lado, a equipe precisa demonstrar que a luz NIR fará com que implantes cardíacos em animais
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maiores. A biossegurança a longo prazo dos implantes de cianobactérias também precisará ser testada,
já que os camundongos no estudo foram monitorados apenas por 30 dias.
Se mais estudos mostrarem resultados positivos, o UCCy-Gel pode ser extrapolado para tratar outras
doenças onde a concentração de oxigênio é crítica.
“Este método de tratamento não se limita ao infarto do miocárdio e também pode ter significado científico
para outras doenças isquêmicas, como acidente vascular cerebral”, disse Wang. “Nossa maior inovação
é o uso da respiração [citobacteriana] para alcançar a prevenção do infarto do miocárdio pela primeiravez”.
Referência: Yu Liu, et al, Photoressive Hydrogel-Coated Upconversion Cyanobacteria Nanocapsules
para Prevenção e Tratamento de Infarto do Miocárdio, Ciência Avançada (2022). DOI:
10.1002/advs.202202920
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