Pesquisadores brasileiros desenvolvem nanopartículas que podem inativar vírus HIV

Resultados alcançados no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais podem levar a método para detecção de HIV e eliminação de diversos vírus em bolsas de sangue

Diego Freire  |  Agência FAPESP – Para se reproduzir no organismo, um vírus passa por um processo de adsorção (ligação) das suas partículas às células infectadas, conectando-se a receptores da membrana celular. Com o objetivo de impedir essa ligação e, consequentemente, a infecção, pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) desenvolveram uma estratégia que utiliza nanopartículas carregadas de grupos químicos capazes de atrair os vírus, ligando-se a eles e ocupando as vias de adsorção que seriam utilizadas nos receptores celulares.

Dessa forma, o vírus, já com sua superfície ocupada pelos grupos químicos carregados pelas nanopartículas, fica incapacitado de realizar ligações com as células do organismo. A estratégia inovadora de inativação viral foi desenvolvida no âmbito da pesquisa "Funcionalização de nanopartículas: aumentando a interação biológica", realizada com o apoio da FAPESP e coordenada por Mateus Borba Cardoso.

Trata-se do primeiro estudo que demonstra inativação viral baseada em química de superfície de nanopartículas funcionalizadas.

“Esse mecanismo de inibição viral se dá por meio da modificação de nanopartículas em laboratório, atribuindo-se funções à sua superfície pela adição de grupos químicos capazes de atrair as partículas virais e se conectar a elas. Esse efeito estérico, relacionado ao fato de cada átomo dentro de uma molécula ocupar uma determinada quantidade de espaço na superfície, impede que o vírus chegue até o alvo, as células, e se ligue a ele, porque já está ‘ocupado’ pela nanopartícula”, explica Cardoso.

Os pesquisadores sintetizaram nanopartículas de sílica, componente químico de diversos minerais, com propriedades superficiais distintas e avaliaram sua biocompatibilidade com dois tipos de vírus. A eficácia antiviral foi avaliada em testes in vitro, com os vírus HIV e VSV-G – que causa estomatite vesicular – infectando células do tipo HEK 293, uma cultura celular originalmente composta de células de um rim pertencente a um embrião humano. As partículas virais foram preparadas para expressar uma proteína fluorescente que muda a coloração das células infectadas, permitindo que os pesquisadores “sigam” a infecção.

A inovação segue a mesma estratégia já adotada pelos pesquisadores na funcionalização de nanopartículas que levam medicamentos quimioterápicos em altas concentrações até as células cancerígenas, evitando que as saudáveis sejam atingidas e minimizando os efeitos adversos da quimioterapia (leia mais em agencia.fapesp.br/23210).

As nanopartículas de sílica foram escolhidas mais uma vez por conta da sua porosidade, que permite uma boa funcionalização de sua superfície por meio da adição de grupos químicos em seus poros. Depois de sintetizadas, essas partículas passam por reações necessárias para que sua superfície seja funcionalizada de acordo com as afinidades químicas dos vírus. Grupos químicos específicos foram inseridos na superfície das partículas para que as proteínas virais sejam naturalmente atraídas por elas.

Após esse processo, os pesquisadores deram início à caracterização das nanopartículas, realizando medições de tamanho e checando se a funcionalização estava correta. Para isso, utilizam um arsenal de técnicas, desde microscopia a análises do potencial zeta – a carga superficial das partículas. De posse das informações sobre a carga foi possível correlacioná-la aos dados já conhecidos do envelope viral, a composição química do que está na superfície do vírus, aumentando as chances de as nanopartículas serem ancoradas em determinadas regiões dele.

Também foi utilizada a técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS, na sigla em inglês). Por meio de radiação gerada pelo acelerador de partículas do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), integrante do CNPEM, os pesquisadores utilizam a técnica para enxergar e estudar a forma e a organização espacial de objetos em proporções nanométricas – no caso, as nanopartículas de sílica funcionalizadas.

“As nanopartículas devidamente funcionalizadas e as partículas virais passaram, então, por um tempo de incubação para que interagissem umas com as outras em função das propriedades de superfície de ambas. Quando existe muita atração, provocada pelos grupos químicos presentes na superfície das nanopartículas, a preferência do vírus é de se ligar a elas, não às células”, conta Cardoso.

Após a funcionalização das nanopartículas, os estudos sobre sua carga e outras propriedades e o período de incubação, os pesquisadores realizaram os testes in vitro infectando as células HEK 293 com os vírus HIV e VSV-G preparados para expressar a proteína fluorescente. Por meio de microscopia de fluorescência foi possível acompanhar a infecção e também as células que não foram atingidas por ela. Utilizando citometria de fluxo, tecnologia capaz de analisar simultaneamente diversos parâmetros de células ou partículas em suspensão, os pesquisadores puderam contar as células positivas e negativas frente à exposição ao vírus: as nanopartículas chegaram a reduzir a infecção viral em até 50%, demonstrando a eficiência da estratégia.

“Esse resultado poderia chegar a 100% se aumentássemos a quantidade de nanopartículas funcionalizadas no período de incubação, mas os testes são realizados em uma faixa otimizada de inativação viral, para que possam ser observados os efeitos nas células atingidas pelos vírus, realçando as diferenças para fins de comparação”, diz o pesquisador.

Os testes também permitiram verificar que durante o processo a morfologia celular foi mantida, sem que as nanopartículas a influenciassem.

De acordo com Cardoso, a estratégia poderia ser utilizada, por exemplo, na detecção e eliminação de vírus em bolsas de sangue antes de transfusões. Para isso, conta o pesquisador, estão sendo estudadas nanopartículas magnéticas que, uma vez dentro do meio sanguíneo contido na bolsa, se ligariam aos vírus, inativando-os e sendo posteriormente separadas do sangue por um ímã, levando consigo as partículas virais. A afinidade entre os grupos químicos carregados pelas nanopartículas e as partículas virais também poderia servir ao desenvolvimento de novas técnicas de detecção do HIV e de outros vírus.

Os resultados da pesquisa foram publicados no periódico científico Applied Materials & Interfaces. O artigo Viral Inhibition Mechanism Mediated by Surface-Modified Silica Nanoparticles é assinado por Juliana Martins de Souza e Silva, Talita Diniz Melo Hanchuk, Murilo Izidoro Santos, Jörg Kobarg e Marcio Chaim Bajgelman, além de Cardoso, e pode ser acessado em pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b03342.