Quebrar a barreira

Introduzir moléculas de drogas no cérebro significa atravessar a barreira defensiva hemato-encefálica. Anthony King investiga como os químicos estão infiltrando-se na fortaleza do cérebro

Atividades ordinárias como exercício ou comer podem alterar a composição do nosso sangue de forma bastante dramática. O potássio sanguíneo pode aumentar, por exemplo, e pode haver mudanças significativas no seu conteúdo em lipídios e aminoácidos. Os metabolitos tóxicos para as células nervosas podem até entrar na corrente sanguínea.

A barreira hematoencefálica, felizmente, bloqueia a flutuação ou os jactos no nosso sangue de atravessar para o nosso cérebro. Isto é crucial porque a sinalização neuronal no cérebro depende de sinais elétricos e de sinais químicos finos, que requerem um microambiente precisamente regulado, e isto pode ser facilmente perturbado por moléculas que entram do sangue.

‘Você não quer que o seu centro de comunicação seja perturbado por coisas que possam estar acontecendo no estômago, intestino ou outra área do corpo. Você quer tê-lo estável e funcionando perfeitamente quer você esteja dormindo ou sendo perseguido por um tigre’, explica Lester Drewes, da Universidade de Minnesota, em Duluth, EUA. A barreira hemato-encefálica, ou BBB, consiste nas células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos do cérebro. Essas células-fortaleza são coladas muito bem e, ao contrário de outros órgãos e tecidos, não há fissuras entre elas para que os materiais transportados pelo sangue vazem para o tecido cerebral.

Esta defesa é uma verdadeira dor de cabeça para tratar tumores cerebrais e outras condições neurológicas. As drogas, tratadas como moléculas estranhas pelo BBB, são incapazes de passar. Na verdade, mais de 95% das drogas não mostram actividade útil no cérebro e muitas mostram uma fraca penetração do BBB. Uma alta proporção de drogas moléculas grandes não se cruzam, o que engloba todos os produtos da biotecnologia: proteínas recombinantes, anticorpos monoclonais e drogas de interferência de RNA.

William Pardridge, diretor do Laboratório de Pesquisa da Barreira Hemato-Cérebro na Universidade da Califórnia Los Angeles, EUA, acredita que a missão de desenvolvimento de medicamentos para a doença de Alzheimer e outros distúrbios cerebrais tem sofrido ao focar na descoberta de medicamentos para o sistema nervoso central, enquanto um olho cego foi voltado para a administração de medicamentos. Ele diz que nenhuma grande empresa farmacêutica no mundo tem hoje em dia um programa de direcionamento de medicamentos BBB.

Clientes com deslizes

Uma estratégia precoce para atravessar a barreira era tornar os medicamentos mais solúveis; isso permitiu que eles penetrassem nas células endoteliais amantes de lipídios no cérebro. A maioria das drogas de abuso, tais como álcool, cocaína e heroína, são lipofílicas. Mas há um lado negativo: ‘Se você fizer algo lipofílico, ele penetrará em todos os órgãos e células do corpo e, portanto, você deve usar grandes quantidades’. Se puder ter um mau efeito colateral em outro órgão ou tecido, ele vai ocorrer”, diz Drewes.

alguns medicamentos pequenos – como o L-DOPA usado para tratar Parkinson – podem ser introduzidos em ‘sistemas de transporte de nutrientes’ naturais, mas esta abordagem tem complicações em encontrar o regime de dosagem correcto, uma vez que os transportadores dos doentes têm eficiências diferentes. Além disso, embora os medicamentos lipossolúveis possam entrar na membrana celular endotelial do cérebro, eles podem ser expulsos tão rapidamente quanto os transportadores de efluxo.

‘A biologia é realmente contra a entrega de drogas ao cérebro, por isso são necessárias estratégias inteligentes’, diz Joan Abbott, uma neurocientista do King’s College London, Reino Unido. No passado, as grandes empresas farmacêuticas simplificavam as coisas, aderindo a pequenas moléculas que tinham a química certa e evitavam os transportadores de efluxo’. Uma importante percepção recente é que o aumento da solubilidade lipídica não é necessariamente melhor; para a maioria das drogas, é a concentração “livre” no cérebro que é importante, enquanto as drogas lipofílicas tendem a aderir a outras estruturas dentro do cérebro, incluindo as membranas lipídicas. Os químicos da empresa estão agora a tomar isto em consideração’, acrescenta Abbott.

No entanto, hoje em dia as empresas percebem que precisam de medicamentos muito mais inteligentes para torná-los mais específicos, com menos efeitos colaterais. É por isso que estão a tentar explorar novos produtos químicos, novos veículos de distribuição e até mesmo técnicas para abrir brevemente o BBB e fechá-lo novamente depois de um medicamento ter entrado”, diz Abbott.

Portais temporários

Tumores que começam no cérebro estão entre os cancros mais agressivos e letais, mas as opções de tratamento são limitadas pelo BBB. No verão passado, pesquisadores em Taiwan relataram ter quebrado com sucesso a barreira usando ultra-som focalizado (ver Chemistry World, setembro de 2010, p24). Liderado por Kuo-Chen Wei da Chang Gung University, o grupo injetou nanopartículas magnéticas, revestidas com um medicamento de quimioterapia, em ratos. Eles usaram ultra-som para abrir uma pequena área do BBB e um campo magnético para guiar as partículas para uma localização precisa no cérebro.1

Ultrasom também pode ajudar em condições como Alzheimer e Parkinson, diz Kullervo Hynynen da Faculdade de Medicina da Universidade de Toronto, Canadá, que fez um trabalho semelhante com ultra-som e microbolhas. O mecanismo físico e biológico exato da ultra-sonografia não é conhecido, ele aponta. Sabemos que as bolhas estão se expandindo e contraindo com a onda do ultra-som, e algumas experiências rápidas de microscopia mostraram que os pequenos vasos sanguíneos – pelo menos in vitro – se expandem e se contraem com a bolha”. Portanto, as células endoteliais são esticadas”.

Microscopia eletrônica tem apoiado esta idéia de alongamento físico das células da barreira, apesar de algum transporte ativo de vacuole através das células endoteliais também ser induzido, observa Hynynen. O risco potencial de qualquer método de perturbação do BBB é que você deixe sua guarda para baixo. As moléculas entrarão no cérebro durante a disrupção, mas este risco é pequeno, pois apenas uma área definida do cérebro é exposta. As dificuldades com o ultra-som estão relacionadas com a falta de conhecimento sobre o mecanismo pelo qual funciona, juntamente com factores relacionados com a segurança, eficácia e escala de tempo (tais como o tempo que a barreira está aberta).

Outra abordagem disruptiva é injectar uma solução hiperosmótica (que tem uma concentração de soluto superior às células circundantes) nas artérias carótidas para abrir o BBB durante algum tempo. Este método tem sido defendido por Edward Neuwelt da Oregon Health and Science University em Portland, EUA, há já alguns anos. O fluido que flui através dos vasos sanguíneos é hiperosmótico e por isso retira água das células endoteliais, provocando a sua contracção”, explica Drewes. “Isto separa as junções apertadas, formando lacunas e espaços. Se você administrar um medicamento antitumoral à corrente sanguínea, ele pode se difundir para o cérebro e para o tumor”. As células incham gradualmente de volta ao seu tamanho habitual, por isso o efeito é transitório.

Embora os cancros que se desenvolvem no cérebro sejam relativamente raros; 10 vezes mais pessoas desenvolvem tumores cerebrais a partir de cancros que começam em outras partes do corpo. O BBB impede terapias modernas contra o câncer que funcionam em outros lugares do corpo. No entanto, pesquisadores dos EUA deram recentemente uma carona na área, usando medicamentos para disfunção erétil. Julia Ljubimova do Centro Médico Cedars-Sinai em Los Angeles e seus colegas descobriram que o Viagra (sildenafil) e

Levitra (vardenafil), que inibe uma enzima chamada fosfodiesterase 5 (PDE5), aumentou a permeabilidade da barreira hemato-encefálica. Usando um modelo de rato, eles mostraram que estes medicamentos podem aumentar a quantidade de Herceptina, um grande anticorpo monoclonal usado para tratar cancros pulmonares e mamários, cruzando o BBB e aumentar o seu efeito anti-tumoral no cérebro.2

Piggy-backing sobre o BBB

Beverly Davidson, um neurologista da Universidade de Iowa, EUA, tem procurado uma terapia para crianças que sofrem de doença de armazenamento lisossomal, causada pela ausência de uma enzima cerebral em particular. Sabemos que não podemos simplesmente administrar a enzima no sangue e ter acesso ao cérebro, por isso tentamos conceber métodos para superar este problema”, explica ela. Seu grupo tomou células endoteliais de barreira e as projetou para produzir a enzima em falta e segregá-la no próprio cérebro.3 ‘Essencialmente estamos transformando o BBB em nosso amigo, em oposição ao nosso inimigo’.

O DNA recombinante que produz a enzima foi entregue às células endoteliais usando um vetor viral que os pesquisadores tinham modificado para dentro do endotélio do cérebro doente. Davidson espera que o novo material genético permaneça no endotélio por muitos anos. Não temos nenhuma evidência de que essas células estejam se dividindo, pelo menos em roedores’, explica ela, de modo que uma única rodada de terapia genética poderia durar décadas. O tratamento reconstituiu a atividade enzimática em todo o cérebro de um modelo de rato; o próximo passo é passar para um modelo animal de grande porte da doença.

A empresa Canadiana AngioChem desenvolveu uma maneira diferente de fazer as terapias furtivas através da barreira – aproveitando os seus próprios receptores de transporte. Estes receptores, como a proteína relacionada aos receptores de lipoproteínas (LRP-1), normalmente permitem que substâncias essenciais como glicose, insulina e hormônios de crescimento entrem no cérebro. Eles estão vendo o que parece ser o primeiro sucesso no fornecimento de algo que irá atacar um tumor”, diz Drewes. Há alguma excitação sobre isso e eles estão tentando desenvolver um sistema mais geral de administração de drogas”.

Delivery vehicles and Trojan horses

Outra área de crescimento real é em construções artificiais, ou veículos de entrega concebidos, diz Abbott: ‘Durante os próximos 10 anos estou à espera de muitos desses.’ Nanopartículas e vários polímeros podem ser projetados para ter as características certas para ligar drogas, mas também para reconhecer receptores nas células endoteliais do cérebro para que eles sejam levados através da barreira. Uma vantagem dos polímeros é que você pode afiná-los quimicamente, observa Martin Garnett, do Centro de Pesquisa de Tumor Cerebral Infantil da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, que iniciou alguns trabalhos sobre nanopartículas de polímeros.

Ljubimova acredita que a nanomedicina trará um grande salto para o tratamento do câncer e melhorará a qualidade de vida dos pacientes, reduzindo a toxicidade dos tratamentos. Há muitas coisas nos ensaios clínicos, prevendo grandes ganhos “dentro de cinco a dez anos”, diz ela. No entanto, Abbott oferece uma palavra de cautela em relação a tais veículos de medicamentos. A dificuldade é a mesma que com os transportadores no BBB. Calcular a quantidade de um medicamento que entra no cérebro através de veículos de entrega é bastante difícil”. A maioria das evidências sugere que a quantidade que atinge o alvo certo é bastante pequena, então você tem que ir para agentes realmente ativos”.

Um método de Cavalo de Tróia, que liga agentes terapêuticos a moléculas que normalmente transitam pela barreira, é defendido por Pardridge. Ele re-projetou o fator neurotrófico derivado da glial (GDNF) como um cavalo de Tróia molecular. O GDNF é uma neurotrofina potente que pode reanimar nervos danificados em modelos animais da doença de Parkinson; é também uma terapia potencial para AVC e dependência de drogas, mas não atravessa a BBB.

Usando reservatórios de drogas implantadas e cateteres ventriculares – ambos procedimentos invasivos – os pesquisadores descobriram que a GDNF por eles administrada era biologicamente ativa, mas sem eficácia clínica. O problema era a distribuição; a localização muito precisa dos cateteres era necessária, e isso não foi conseguido em todos os ensaios clínicos. O Trojan de Pardridge é um anticorpo monoclonal contra o receptor de insulina humana, que pode fornecer GDNF através do BBB.4 Em ensaios com macacos Rhesus, ele não viu nenhum evento adverso associado com a administração de grandes doses da proteína de fusão do anticorpo-GDNF.

Sair do laboratório

Abbott sugere que um motivo para o progresso na administração do medicamento BBB tem sido lento é a falta de financiamento e interesse da indústria. Ela explica que as grandes farmácias se retiraram em grande parte de aspectos da química cerebral e da entrega de medicamentos porque investiram muito dinheiro em programas que se revelaram não produtivos. Agora eles são mais cautelosos, mais pessimistas, ou estão se concentrando em áreas com maiores chances de sucesso. Algumas empresas podem até achar que não são competentes para perseguir alvos cerebrais onde o BBB é um desafio. A sua química complexa torna a previsibilidade mais difícil.

Existem, no entanto, sinais positivos. Os modelos de cultura celular in vitro da barreira – necessários para os ensaios de permeabilidade dos fármacos – foram melhorados nos últimos anos. Técnicas de imagem como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a ressonância magnética (MRI) ajudam a mostrar o que o BBB está fazendo e quais medicamentos chegam aos alvos certos em concentração suficiente.

Isso é fundamental, pois os pesquisadores perceberam que a barreira não é uma estrutura defensiva estática. É uma interface ativa, regulada e regulatória; é alterada no local e em torno do local da lesão após um derrame, por exemplo. De acordo com Neuwelt, tumores cerebrais, epilepsia, doença de Alzheimer e doença de Parkinson estão todos associados a “perturbações no BBB normal que contribuem para a sua patologia “5

Informações sobre o estado da barreira num determinado doente podem ser necessárias para conceber e refinar terapias apropriadas. Cada vez mais, por exemplo, nas lesões por stress pós-traumático, reconhece-se que é necessário saber o que a barreira está a fazer para ajustar o seu tratamento, diz Abbott. Você pode precisar ajustar o tratamento durante um período de meses ou semanas.

Garnett diz que as empresas farmacêuticas têm, até agora, se concentrado em pequenas moléculas de medicamentos em vez de sistemas de distribuição de medicamentos, mas ele acredita que isso agora está mudando. Além disso, há uma comunidade de pesquisa ativa dentro das universidades e institutos de pesquisa que se preocupam com ultra-som, proteínas de fusão de Trojan, construções de polímeros e outros meios de superar a barreira e levar a terapia até onde ela é necessária.

Abbott conclui com uma avaliação otimista sobre o BBB e esforços para conseguir terapias através dele: “Tem havido muitos progressos nos últimos cinco anos. Vemos todo o tipo de coisas que agora são possíveis – por isso, em termos de compreensão básica, acho que as coisas estão a correr muito bem. Mas é provavelmente verdade que grande parte da inovação vem de pequenas empresas; algumas delas estão em parceria com empresas maiores ou foram assumidas por empresas maiores. As grandes farmacêuticas tradicionais ainda são bastante cautelosas em tentar novas formas de introduzir as coisas no cérebro, embora isto esteja a mudar”.

Anthony King é um escritor científico freelance baseado em Dublin, Irlanda