Nanostrutura Semelhante a Verme e EVs Derivadas de Protrusões Avançam na Entrega de Genes e Proteínas

Pesquisadores desenvolveram uma nanostrutura de ácido nucleico semelhante a um verme para entrega eficiente de genes e escape endossômico e, separadamente, descobriram que vesículas extracelulares geradas a partir de protrusões na superfície celular entregam proteínas ativas e enzimas de edição genômica de forma muito mais eficiente do que vesículas convencionais derivadas de endossomos. Ambas as abordagens enfrentam o desafio do escape endossômico, um gargalo fundamental na entrega não viral de genes e proteínas.

Nanopartículas são carreadores de genes estabelecidos com baixa imunogenicidade em relação aos vetores virais, mas seu escape endossômico permanece ineficiente. Desde 2019, há apenas 14 artigos de pesquisa em mais de 38.000 que relatam um coeficiente de correlação <0,2 entre o complexo NP-gene e endolisossomos. Os dois carreadores de genes convencionais para escape endossômico são NPs catiônicas e NPs à base de lipídios. NPs catiônicas escapam dos endossomos pelo 'efeito esponja de prótons', mas a carga positiva frequentemente induz citotoxicidade. NPs à base de lipídios escapam por 'desestabilização da membrana', mas a triagem de lipídios pode ser desafiadora e os lipídios podem induzir danos à membrana e inflamação.

Nanostruturas de ácido nucleico, incluindo ácido nucleico esférico, origami, nanostruturas baseadas em tiles e nanogéis de ácido nucleico, oferecem uma alternativa promissora com biocompatibilidade, captação celular sem transfecção e citotoxicidade e imunogenicidade atenuadas, mas seu escape endossômico é ineficiente e frequentemente requer grupos catiônicos, peptídeos de penetração celular ou estímulos mecânicos. A nova nanostrutura adsorve ácidos nucleicos terapêuticos na superfície de um modelo estrutural feito de um nanoverme híbrido ouro-polydopamina com núcleo-casca (Au@PDA NW). A nanostrutura como um todo é aniônica, entra nas células sem agentes de transfecção e escapa dos endossomos com um coeficiente de correlação de Pearson <0,2 em quatro tipos de células, tudo sem grupos funcionais catiônicos/lipídicos ou estímulos mecânicos. Ela ativa naturalmente o trocador iônico canal 3 dependente de voltagem de cloreto (ClC3), que medeia o acúmulo vesicular de H+ e Cl- e o escape endossômico.

A nanostrutura permitiu polarização de macrófagos mediada por miRNA e diferenciação de células estromais mediada por siRNA in vitro, terapia celular baseada em mRNA ex vivo para reduzir fibrose renal e entrega de mRNA in vivo a hepatócitos para tratar lesão hepática, superando a Lipofectamina em escape endossômico e eficácia.

Em um estudo publicado na Nature Communications em 8 de dezembro de 2025, pesquisadores no Japão compararam as duas principais vias de biogênese de vesículas extracelulares. Vesículas extracelulares são minúsculas partículas envoltas por membrana liberadas pelas células para transportar proteínas e outras moléculas para células vizinhas. Elas podem se originar tanto de compartimentos endossômicos intracelulares quanto diretamente de protrusões especializadas na superfície celular. A equipe descobriu que EVs geradas a partir de protrusões na superfície celular de maneira dependente da proteína I-BAR (MIM) entregam proteínas ativas e enzimas de edição genômica de forma muito mais eficiente do que EVs convencionais derivadas de endossomos associadas a CD63.

Os pesquisadores cultivaram células humanas e isolaram tanto EVs derivadas de protrusões quanto EVs derivadas de endossomos, carregaram-nas com carga proteica definida e as adicionaram a células receptoras. Usando imagens de células vivas e super-resolução, eles rastrearam a captação de EVs, o tráfego através dos compartimentos endossômicos e a liberação da carga no citoplasma. Eles descobriram que a Rac1, uma proteína que regula a migração celular, entregue por EVs derivadas de protrusões, escapou eficientemente dos endossomos tardios para o citoplasma, permaneceu ativa e estimulou o movimento celular. A equipe também mostrou que EVs derivadas de protrusões transportaram a Cas12f, uma enzima compacta de edição genômica, com eficiência funcional dramaticamente maior por proteína do que EVs convencionais derivadas de endossomos, sem o uso de vetores virais ou proteínas fusogênicas virais.

"Nossas descobertas mostram que as células podem já possuir um mecanismo de entrega notavelmente eficaz, livre de vírus", disse o pesquisador principal, acrescentando que aproveitar esse sistema natural pode levar a estratégias mais seguras e precisas para edição genômica, medicina regenerativa e terapêuticas baseadas em proteínas. O estudo fornece uma base para tecnologias de entrega de próxima geração que aproveitam a maquinaria molecular da própria célula em vez de componentes virais modificados.