Os osteossarcomas são tumores (ósseos) sólidos altamente malignos, acometendo geralmente crianças e adolescentes. Metotrexato, doxorrubicina e cisplatina têm sido usados como protocolo de tratamento padrão e esse regime medicamentoso melhorou significativamente o prognóstico dos indivíduos afetados.

No entanto, para os pacientes que não respondem ao tratamento, as opções são poucas. Estudos demonstraram que aproximadamente 40% dos pacientes com osteossarcoma apresentam uma resposta ruim ao protocolo quimioterápico atual e intensificar o regime de tratamento adicionando mais medicamentos não melhora o resultado, mas aumenta a toxicidade.

A hidroxiapatita (HA) é o principal constituinte dos dentes e ossos, de fórmula química Ca10(PO4)6(OH)2, que tem sido extensivamente estudada para diversas aplicações clínicas. Além disso, pode ser sintetizada e moída em partículas em tamanho micro e nano.

As nanopartículas em um volume definido têm a vantagem de ter uma área superficial relativamente maior em comparação com as micropartículas, o que melhora drasticamente as características de carregamento de um agente e, consequentemente, um aumento na capacidade de liberação do fármaco. O foco de pesquisas recentes têm sido ativar biologicamente a HA no tecido alvo para aumentar a eficácia da droga, especialmente no câncer ósseo.

Além disso, estudos mostram efeitos antitumorais da nHA na viabilidade metabólica de vários tipos de células cancerígenas in vitro. No entanto, o efeito antitumoral da nHA puro se mostrou insuficiente para erradicar um tumor estabelecido e, portanto, outros métodos precisam ser explorados para aumentar sua citotoxicidade. 

Com base na estrutura físico-química da HA, o artigo levanta a hipótese de que citostáticos, como DOX, podem ser somados na superfície das partículas de HA, permitindo a administração local controlada de uma droga antitumoral com menos efeitos colaterais.

O estudo realizado foi composto por 3 partes principais: 1) Validação da ligação DOX-HA (doxorrubicina - hidroxiapatita); 2) Liberação lisossômica dependente do pH intracelular e entrega de DOX direcionada às mitocôndrias por nHA e 3) A eficácia das partículas de HA entregando DOX localmente em um xenoenxerto (transplantes de tecidos) de osteossarcoma.

Substitutos ósseos sintéticos baseados em HA têm sido usados durante as últimas décadas para substituir os ossos danificados em traumas ou acidentes. A aplicação de partículas puras de HA na inibição de tumores, particularmente nanopartículas, é um campo de pesquisa que ganhou atenção significativa recentemente. 

Neste estudo, os autores apresentaram que a DOX pode se ligar a HA in vitro e in vivo por meio de uma interação eletrostática, independentemente do tamanho das partículas de HA.

Os autores mostraram que a DOX, uma droga fundamental para o osteossarcoma, mostra agregação de HA particulada de tamanho nano e micro. A DOX administrada sistemicamente procura e liga as partículas de HA com mais afinidade a nHA quando em comparação com o mHA. 

Interações celulares in vitro com nHA funcionalizada com DOX indicam que o composto nHA + DOX leva à entrega intracelular de DOX, mirando na mitocôndria, levando à redução da migração celular e aumento da apoptose - “morte celular programada”.

O composto mHA + DOX pode liberar DOX extracelularmente por um longo período de tempo e, combinando as partículas de nHA e mHA, a biocompatibilidade das partículas de HA pode ser aumentada. 

Ao aplicar o sistema transportador nHA/mHA entregando DOX para o tratamento de um osteossarcoma localizado em um modelo de camundongo, foi mostrada uma redução significativa no crescimento do tumor com o uso de nano/micro HA + DOX. 

Os autores citam que nenhuma nova modalidade de tratamento para tumores ósseos sólidos evoluiu nas últimas três décadas - fundamentando a importância da pesquisa realizada.

A abordagem apresentada pelos autores abre novos caminhos para o tratamento complementar de tumores sólidos localizados. A pesquisa se apresenta como um tratamento completamente novo que utiliza partículas (nano e micro) de hidroxiapatita previamente implantadas localmente, agindo como um cavalo de Tróia em um tumor sólido.

Figura 1: Imagens de tomografia computadorizada representativas de cada grupo de teste (controle, apenas DOX, e os compostos desenvolvidos) com linha branca tracejada indicando a captação intratumoral. Fonte: (Liu et al. 2022).

O fosfato de cálcio é um tipo de cerâmica bioativa composta por íons de cálcio e fósforo. Por sua composição química ser semelhante ao tecido ósseo natural, é amplamente utilizado na área da medicina. Não só tem boa biocompatibilidade, como também pode formar ligações químicas com o novo tecido ósseo. Assim, podendo induzir a regeneração do tecido.

Entre os fosfatos de cálcio, a hidroxiapatita (HA) é a fase cristalina termodinamicamente mais estável do fosfato de cálcio nos fluidos corporais, sendo mais semelhante às partes minerais dos nossos dentes e ossos. A hidroxiapatita em nanoescala tem certas semelhanças com a apatita óssea (natural) em relação à sua composição química, estrutura e escala. 

Na microestrutura da biocerâmica nanométrica, os grãos refinados e o aumento dos números dos contornos de grão podem fazer com que suas propriedades mecânicas (principalmente tenacidade à fratura) e atividade biológica aumentem. Isso torna a nanohidroxiapatita (nano-HA) um material ideal para reparo ósseo. 

Assim, o processo de preparação da nanocerâmica não é muito diferente do da cerâmica comum (geralmente segue o processo de sinterização do pó), mas do ponto de vista técnico, o processo de preparação da nanocerâmica é extremamente difícil e é esse ponto de vista que os autores apresentam no artigo.

Em resumo, as duas maiores dificuldades na preparação de hidroxiapatita nanométrica residem na síntese do pó nanométrico (devido a alta área de superfície, que se torna fácil de aglomerar) e na sinterização da nanocerâmica (para inibir o crescimento de grão da nanocerâmica).

Os métodos de síntese do pó cerâmico de hidroxiapatita incluem principalmente síntese seca e síntese úmida. A preparação da síntese a seco é um método de preparação que consiste em selecionar um precursor, misturá-lo e, em seguida, tratar termicamente o precursor. 

Este método tem requisitos rigorosos quanto à pureza e dosagem dos reagentes e tem a vantagem de uma melhor cristalinidade dos produtos. No entanto, a síntese a seco requer uma temperatura relativamente alta, o que afeta a porosidade dos produtos. 

A síntese úmida consiste no método sol-gel, método de precipitação química, método de reação hidrotérmica e assim por diante, que é realizado em água ou solventes orgânicos e pode ser aplicado a uma variedade de equipamentos com a adição de vários catalisadores. 

As vantagens são que a estrutura e a morfologia da cerâmica podem ser bem controladas e o rendimento pode ser melhorado. A desvantagem é que a pureza e a cristalinidade geradas não são totalmente controladas e pode haver outros cristais de fosfato no produto.

Além disso, de acordo com os vários métodos de síntese, os pós têm certas diferenças em estrutura, morfologia e tamanho. Além disso, sob o mesmo método de síntese, diferentes condições de síntese também afetam a morfologia final do pó.

Este artigo resumiu o processo de síntese das nanopartículas cerâmicas nos seguintes aspectos: concentração de reagentes, efeitos da temperatura, efeitos de tensão (no processo de moagem), efeitos do pH, efeitos dos aditivos, efeitos da agitação dos reagentes e efeitos do tempo de envelhecimento.

Figura 1: Nanopartículas de hidroxiapatita (a) esféricas; (b) semelhantes a bastões (c) semelhantes a agulhas, resultantes do controle diferentes parâmetros no processamento do pó. Fonte: (Gui et al. 2022).

Em relação à concentração, a concentração dos reagentes é o fator chave que afeta a síntese da hidroxiapatita. A razão cálcio/fosfato (Ca/P) é 1,6, então a concentração dos reagentes determina a pureza da hidroxiapatita e também afeta o tamanho do grão sob certas condições.

Na temperatura e sobre os aditivos, os autores citam que quanto mais alta for a temperatura, mais rápida a velocidade da reação e mais fácil é a nuclearização e cristalização do pó cerâmico.

No processo de moagem (efeitos de tensão), os autores citam que quando a pressão de moagem atinge um valor crítico, a reação começa e conforme a pressão aumentar, mais rápida a taxa de reação, que aumenta a taxa de cristalização do pó cerâmico, reduzindo a cristalinidade e tamanho de grão.

Já em relação ao pH, os autores sugerem que o aumentando o pH, aumenta a relação Ca/P, e portanto, se você deseja sintetizar a hidroxiapatita pura, deve controlar rigorosamente o valor do pH. Os autores citam que, geralmente, o valor de pH da síntese úmida está entre 10 e 10,5.

Já sobre os efeitos de agitação e do tempo de envelhecimento, os autores citam que a velocidade de agitação mais alta e o tempo de agitação mais longo afetam a morfologia do cristal e que na fase de envelhecimento, quanto mais longo o envelhecimento tempo é, melhor a formação do grão do pó cerâmico.

Os autores concluem que ainda existem muitos problemas na preparação de nanocerâmicas, incluindo a síntese das nanopartículas e na sinterização de cerâmicas, que ainda precisam ser mais estudadas. Além de ser necessário otimizar ainda mais a tecnologia do processo.

O que aponta fortemente para a importância da engenharia de materiais e toda sua gama de aplicação, tanto na melhoria do processo, como na melhoria da tecnologia dos equipamentos e também na aplicação dos materiais nanoparticulados, que no caso do artigo citado podem ser aplicados em carreadores de drogas, revestimentos de superfície, na quimioterapia antineoplásica e em materiais compósitos.

Trung et al., sugerem um processo simples para produzir biocompósitos (nHCB) de nano-hidroxiapatita (nHA) e matriz de quitosana (CTS) a partir de esqueletos de tilápias e bagres e cascas de camarões, resíduos da indústria pesqueira. O resultado deste processo é um material altamente poroso que será utilizado como adsorvente para a remoção de corantes como azul de metileno (MB) e laranja de metileno (MO) e íons Cu (II) de águas residuais.

Toda a matéria-prima foi reduzida a pó, e a quitosana (0,5 g) foi dissolvida em solução de CH3COOH. Adicionou-se nHA à solução e agitou-se durante 30 minutos até se formar uma suspensão homogênea. TPP (Tripolifosfato de sódio) é então adicionado como um agente ligante para formar pérolas de hidrogel e lavado várias vezes com água destilada. Finalmente, a amostra é congelada a -80°C para obter as esferas de aerogel. Assim, foram conformadas 4 amostras de nHCB, variando a carga em peso de nHA entre 0,00, 0,75, 1,00 e 1,25 g) nomeadas como nHCB-0, nHCB-2, nHCB-3 e nHCB-4, respectivamente, enquanto a carga de CTS foi mantida em 0,5g.

Em relação ao desempenho das amostras produzidas, verificou-se que existe uma relação proporcional entre a carga de nHA e a área específica, o que resulta em maior adsorção das partículas desejadas conforme aumenta o teor de nHA. Porém, acima de 1,0g de nHA, os grupos ativos amino do composto começam a ser reduzidos, o que piora a adsorção. O pH também é um fator importante em compostos a base de CTS, e as melhores condições operacionais ocorrem com um pH entre 5,0 e 6,0.

Em conclusão, o artigo celebra a eficácia do composto nHCB não apenas por sua atuação na adsorção de corantes e íons de cobre, mas também como forma de reaproveitamento de subprodutos da indústria pesqueira. Além disso, o artigo indica que tanto o HA quanto a CTS são apenas dois de vários outros derivados dessa indústria que também poderiam ser revalidados para outras áreas.

Figura 1. Imagens de MEV de (b) nHCB-0, (d) nHCB-2, (e) nHCB-3 e (f) nHCB-4, mostrando alta porosidade formada (d, e, f) o que ativa a adsorção e uma boa distribuição das nanopartículas de HA na matriz polimérica de CTS. [adaptado de TRUNG, T. S. et al, 2022].