Os pesquisadores da Universidade de Cornell desenvolveram um método para aquecer com segurança áreas específicas do corpo. Ele usa polímeros biodegradáveis contendo bolsos microscópicos de água que respondem à luz do laser do infravermelho próximo.
O método pode permitir diagnósticos e tratamentos precisos e não invasivos, incluindo possíveis aplicações na terapia do câncer.
O principal autor do estudo é Jinha Kwon, pesquisador de pós -doutorado.
Zhiting Tian, o autor sênior e professor associado de mecânica e Aeroespacial A engenharia da Cornell Engineering, iniciou o projeto com o objetivo de aplicar a experiência de seu laboratório na conversão térmica de nanoescala e conversão de energia à biomedicina. O trabalho anterior de seu laboratório incluiu aplicações em áreas como exploração espacial e microeletrônica.
O primeiro passo foi identificar um método de entrega eficaz.
Em 2014, Tian se deparou com um estudo sobre polímeros de ácido polilático-co-glicólico (PLGA) que poderiam ser ativados pela luz do infravermelho próximo para liberar medicamentos. Enquanto o próprio PLGA não absorveu a luz, os pesquisadores propuseram que a água presa dentro do polímero respondesse à luz, permitindo a liberação de medicamentos.
Essa abordagem interessou a Tian porque, diferentemente de materiais como nanorods de ouro ou polímeros semicondutores, o PLGA é biodegradável e não representa um risco a longo prazo para o corpo. Também já é aprovado pelo FDA.
Tian queria testar a ideia, mas não tinha certeza de qual a melhor forma de usar o PLGA como fonte de calor localizada. Em 2022, ela se deparou com um estudo do professor da Universidade de Stanford, Guosong Hong. Essa pesquisa utilizou luz de íons sensível ao infravermelho próximo para aquecer os canais de íons sensíveis à temperatura e controlar a atividade neuronal de cérebro profundo específico. Isso ajudou Tian a ver como as peças poderiam se encaixar
Fiquei muito empolgado com esse trabalho, porque se as atividades de neurônios puderam ser ativadas ou inibidas pelo aquecimento localizado, isso significa que poderíamos usar essas partículas de PLGA para esse fim.
Zhiting Tian, autor sênior de estudo e professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial, Universidade de Cornell
Ela decidiu explorar o tópico ainda mais e adotou uma abordagem acadêmica. Durante um intervalo, ela voltou para a escola e passou um semestre em Stanford.
““Visitei o grupo cujo artigo eu li e fiquei no laboratório deles. Fui a reuniões, os assisti fazendo os experimentos e participei da aula que o PI ensinava toda semana. Period tão bom ser um estudante novamente, e eu podia fazer anotações e aprender todos esses novos conceitos. Foi divertidoAcrescentou Tian.
Tian voltou para Cornell com uma compreensão mais forte da neuromodulação. Ela também ganhou informações sobre como conectá -lo ao trabalho de transporte térmico de seu laboratório e sua formação em ciência de materiais.
No entanto, sua equipe não teve experiência com pesquisas de células in vitro. Para abordar isso, eles colaboraram com Nozomi Nishimura, professor associado de engenharia biomédica da Cornell Engineering.
Para produzir o PLGA nanopartículasos pesquisadores testaram dois métodos: emulsão única e emulsão dupla. Eles finalmente descobriram que o método de emulsão única, onde os bolsões de água se formam naturalmente como ondas sonoras de alta frequência fazem com que a água se difunda nas partículas, period mais eficaz. Esse processo levou a bolsos de água menores que, inesperadamente, poderiam atingir temperaturas mais altas.
Tian acrescentou, “O truque é que a água se comporta de maneira diferente quando confinada nos pequenos espaços. Aquece com mais eficiência do que a água a granel regular. E temos uma camada de polímero que age como um isolador térmico para prender o calor para dentro e evita que escape muito rapidamente. ”
Esse processo cria uma diferença de temperatura entre o agente fototérmico – especificamente, a água confinada no polímero – e o ambiente celular circundante, levando ao aquecimento localizado.
Além da neuromodulação, a técnica também pode ser usada para terapia com hipertermia. Nesta abordagem, o calor é usado para matar células cancerígenas, o que pode tornar os tratamentos de quimioterapia e radiação mais eficazes.
Tian acrescentou, “Você deseja ser muito direcionado, native e preciso e aumentar a temperatura das células cancerígenas, mas sem machucar os tecidos saudáveis. Por enquanto, podemos entender o que está acontecendo com os mecanismos fundamentais dentro. Fizemos o teste celular para que possamos ver que as partículas são seguras e elas não interferem nas principais funções celulares. Eu acho que o próximo grande passo é passar para testes in vivo, onde aplicamos isso aos modelos animais e ver o impacto. ”
Além de Nishimura, a equipe de pesquisa incluiu os pesquisadores de pós-doutorado Prithwish Biswas e Keehun Kim, o associado de pesquisa Chi-Yong Eom, os alunos do mestre Xinzhu Huang e Jaejun Lee e Ph.D. estudante Jiyoung Kim.
O estudo foi financiado pelo McManus Fund em Cornell. Os pesquisadores também fizeram uso do Centro de Recursos de Biotecnologia de Cornell e do Cornell Heart for Supplies Analysis.
Referência do diário:
Kwon, J., et al. (2025). Partículas PLGA biodegradáveis com água confinada para biomodulação fototérmica segura. ACS Nano. doi/10.1021/acsnano.5c06276