Rodrigues, L. R.

Universidade do Minho: RepositoriUM

14B o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  N ove m b r o  2 0 1 3O cancro é um problema de saúde pública representando uma das principais causas de morte a nível mundial [1]. Es-timam-se cerca de 13.1 milhões de mortes relacionadas com cancro em 2030, sendo que 0.8 milhões corresponderão a cancro da mama. Neste sentido, qualquer progresso cien-tífico que permita melhorar o diagnóstico e tratamento do cancro constitui uma prioridade global. As estratégias que têm vindo a ser desenvolvidas ao longo dos anos incluem a procura de novos biomarcadores, agentes terapêuticos ou tratamentos [2]. As abordagens de biologia sintética apresen-tam várias possibilidades de melhorar os meios de diagnós-tico e terapias existentes, bem como potencial para o desen-volvimento de novas soluções que ainda não tenham sido previstas [3].A biologia sintética consiste na utilização de princípios de engenharia para criar, de forma racional e sistemática, sis-temas funcionais com base nas máquinas moleculares e cir-cuitos de regulação dos organismos vivos ou re-desenhar e fabricar sistemas biológicos existentes. O foco da biologia sintética consiste frequentemente em transportar partes de sistemas biológicos naturais, caracterizá-los e simplificá-los, e posteriormente utilizá-los como componentes de um siste-ma biológico artificialmente construido [4].Tradicionalmente, a maioria das drogas têm sido geradas a partir de compostos obtidos de produtos naturais [5]. No en-tanto, os avanços na sequenciação genética juntamente com a possível manipulação de vias biossintéticas, constituem re-cursos importantes para a seleção e conceção de novos agen-tes terapêuticos [6]. Adicionalmente, o desenvolvimento de abordagens racionais através do uso da bioinformática para integração de dados permite a compreensão dos mecanis-mos subjacentes ao efeito anti-cancerígeno desses mesmos agentes [7]. A biologia sintética pode ainda desempenhar um papel crucial no desenvolvimento de novos sistemas de libertação controlada de drogas dirigidos para alvos espe-cíficos. As células podem ser manipuladas para reconhecer alvos específicos ou condições no corpo humano que não são naturalmente reconhecidas pelo sistema imunitário [8].Futuras e promissoras aplicações incluem o desenvolvimen-to de biossensores com base em aptâmeros para produzir uma resposta desejada in vivo ou para serem integrados num dispositivo de diagnóstico de cancro; o desenho e manipu-lação de bactérias que podem ser programados para espe-cificamente reconhecer um tumor e libertar um agente te-rapêutico in situ; a produção em grande escala de agentes quimioterapêuticos complexos, entre outros.Actualmente no Centro de Engenharia Biológica (CEB) da Universidade do Minho estão a ser usadas estratégias de bio-logia sintética no desenvolvimento de novas soluções para o diagnóstico e tratamento do cancro. A investigação em cur-so inclui a seleção e otimização de aptâmeros para o reco-nhecimento e tratamento do cancro da mama; desenho de aptasensores para a deteção do cancro da mama; desenho e construção de bactérias para o tratamento de cancro de mama; e construção de vias biossintéticas artificiais em bac-térias para a produção de agentes anti-cancerígenos.Aptâmeros para o diagnóstico e tratamento de cancro de mamaOs aptâmeros, ácidos nucleicos de cadeia simples sujeitos a um processo de evolução, podem reconhecer especifica-mente e ligar-se firmemente a uma grande variedade de al-vos [9] (Fig.1). São obtidos pela metodologia SELEX, que se baseia no seu enriquecimento numa biblioteca inicial de se-quências aleatórias de ADN ou ARN quando incubada com o alvo (e.g. células cancerosas).A sua afinidade é comparável à dos anticorpos, embora possuam muitas outras vantagens: tamanho; produção fácil, rápida e reprodutível; modificação química versátil; eleva-Abordagens de biologia sintética para odiagnóstico e tratamento do cancroLígia R. RodriguesIBB – Institute for Biotechnology and Bioengineering, Centre of Biological Engineering, University of Minho, Braga, PortugalE-mail: lrmr@deb.uminho.ptFigura 1 – Representação esquemática da funcionalidade de um aptâmero (A) e da metodologia Cell-SELEX (B).15B o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  N ove m b r o  2 0 1 3da estabilidade; baixa imunogeneicidade e boa penetração nos tecidos. Alguns aptâmeros têm também sido apontados como possíveis agentes anti-cancerígenos [10]. O uso co-mercial dos aptâmeros é incipiente, contudo a sua singula-ridade promete revolucionar a área médica. O projeto em curso pretende gerar aptâmeros contra células de cancro da mama, e usá-los para desenhar nanoparticulas multivalentes que reconheçam e internalizem o tumor libertando agentes terapêuticos. Aptâmeros que reconheçam especificamente as células de cancro da mama serão selecionados para melho-rar o reconhecimento do tumor. O tamanho pequeno dos ap-tâmeros permite o seu acesso a alvos que não se encontram prontamente expostos na superfície da célula. A sua ligação a particulas contendo agentes ativos vai dirigí-las para esses locais permitindo um aumento da concentração intratumoral de agentes ativos. Os aptâmeros podem ser modificados para melhorar as suas características ou conferir-lhes novas (fluo-rescência) [9]. Neste sentido, estão a ser usadas ferramentas de biologia sintética para modificar os aptâmeros de forma a que possam ser detectados, e possuam melhor capacida-de de reconhecimento das células de cancro, resultando em partículas mais robustas.Aptasensores para a deteção do cancro da mamaO desenvolvimento de biossensores eletroquímicos com base em aptâmeros (aptasensores) (Fig. 2) tem tornado a de-teção de analitos pequenos e macromoleculares mais fácil, rápido e adequado para a deteção precoce de biomarcado-res proteicos.Os biomarcadores séricos são produzidos por órgãos ou tu-mores e revelam a presença de antigénios na superfície das células. Quando detetados em grandes quantidades nos flui-dos biológicos, podem ser indicativos de atividade tumoral. O projeto em curso pretende desenvolver um multi-aptasen-sor eletroquímico para a deteção de osteopontina (proteína sobreexpressa em tumores da mama [2]) em fluidos biológi-cos. Como elementos de reconhecimento biológico estão a ser usados aptâmeros que foram selecionados e otimizados usando estratégias de biologia sintética. O uso dos aptâme-ros permitirá aumentar a especificidade e seletividade do sensor para a osteopontina.Desenho e construção de bactérias para o tratamento do cancro da mamaAs bactérias possuem características únicas e poderosas que podem ser exploradas no tratamento do cancro de formas inatingíveis por métodos convencionais. O sucesso mode-rado dos métodos convencionais (quimioterapia e radiação) prende-se com a sua toxicidade para o tecido normal e a sua incapacidade para destruir todas as células cancerosas. Muitas bactérias têm sido reportadas pela sua capacidade de reconhecer especificamente tumores, de penetrar activa-mente o tecido, de ser facilmente detetadas e/ou de induzir uma citotoxicidade controlada. Usando abordagens de bio-logia sintética é possível desenhar interações entre bactérias geneticamente manipuladas e células de mamíferos abrin-do inúmeras possibilidades de progresso no tratamento do cancro. No âmbito do projeto SYNBIOBACTHER, está a ser construída uma bactéria com capacidade de desencadear a síntese de um agente terapêutico in situ em reposta ao ca-lor. A ideia é que a mesma possa ser usada simultâneamente com o tratamento de ultra-sons para o tratamento de cancro da mama, potenciando o efeito do agente terapêutico in situ.Construção de uma via biossintéticaartificial para a produção de agentesanti-cancerígenosAs abordagens de biologia sintética podem ainda ser utili-zadas para desenvolver processos de produção em larga escala de agentes terapêuticos. Uma das estratégias usadas para construir vias biossintéticas artificiais consiste na com-binação de genes de organismos diferentes e na criação de um novo conjunto de vias metabólicas para a produção de vários produtos naturais e não naturais. O exemplo mais conhecido consiste na construção de uma via metabólica artificial de produção do precursor da artemisinina (droga anti-malária) numa bactéria, permitindo a sua produção em grandes quantidades com uma diminuição significativa do tempo e os custos de produção [11]. O projeto em curso no CEB pretende construir uma nova via biossintética numa bactéria para a produção de compostos aromáticos naturais em plantas. A chave para esta abordagem consiste na especi-ficação de sequências de genes que codificam enzimas que catalisam cada reação na via, e cujas sequências de ADN podem ser incorporadas em dispositivos que conduzem à expressão funcional das moléculas de interesse [12]. Partes específicas da via foram recrutadas a partir de fontes inde-pendentes e co-localizadas num único hospedeiro.Apesar de todos os avanços científicos a que a humanida-de tem assistido ao longo dos últimos séculos, ainda não há soluções claras e definitivas para eliminar o cancro. Neste sentido, a busca de soluções inovadoras e eficientes conti-nua a conduzir a investigação e o investimento nesta área de conhecimento. Os avanços recentes proporcionados pelas abordagens de biologia sintética são promissores, embora alguns ainda longe de uma aplicação real devido a desafios Figura 2 – Representação esquemática de um aptasensor eletroquímicoB o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  N ove m b r o  2 0 1 316técnicos e questões éticas. No entanto, espera-se que este tipo de soluções inovadoras venha a revolucionar a área do diagnóstico e tratamento do cancro.Referências[1] Siegel R, Naishadham, D, Jemal A (2013) Cancer Statistics, 2013. 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Abordagens de biologia sintética para o diagnóstico e tratamento do cancro

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