Nanotecnologia em Ação: Terapia Injetável 4 em 1 contra o Câncer Ósseo

Luccas Correa Teruel de Jesus ᵃ*, Agatha Maria Pelosine ᵇ, Roger Borges ᶜ, Daniele Ribeiro de Araújo ᵈ, Juliana Marchi ᵉ**

ᵃ Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC
ᵇ Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC
ᶜ Professor da Faculdade Israelita de Ciências da Saúde Albert Einstein, Hospital Israelita Albert Einstein
ᵈ Professora Associada do Departamento de Biofísica, Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo
ᵉ Professora Titular do Centro de Ciência Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC

* Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0003-3838-5543
** Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0002-0663-0463

Resumo

O câncer ósseo compromete não apenas a estrutura dos ossos, mas também a qualidade de vida dos pacientes. Diante das limitações de cirurgias invasivas, radioterapia e quimioterapia, pesquisadores da UFABC, com apoio da FAPESP, estão desenvolvendo um compósito injetável que reúne quatro estratégias em um único material: nanopartículas magnéticas para hipertermia, vidros bioativos dopados com hólmio para braquiterapia e regeneração óssea, e o fármaco ácido zoledrônico para potencializar a morte de células tumorais e favorecer o reparo do tecido saudável adjacente. Os resultados indicam que o sistema supera limitações de terapias isoladas, oferecendo uma abordagem integrada, menos invasiva e com impacto direto na qualidade de vida de pacientes.

Palavras-chave: hidrogel injetável; vidro bioativo; câncer ósseo; regeneração óssea.

Abstract

Bone cancer compromises not only the structure of bones but also the quality of life of patients. Given the limitations of invasive surgeries, radiotherapy, and chemotherapy, researchers at UFABC, with support from FAPESP, are developing an injectable composite that brings together four strategies in a single material: magnetic nanoparticles for hyperthermia, holmium-166–doped bioactive glasses for brachytherapy and bone regeneration, and the drug zoledronic acid to enhance tumor cell death and promote tissue regeneration The overall results indicate that this system overcomes the limitations of isolated therapies, offering an integrated, less invasive approach with a direct impact on patients’ quality of life.

Keywords: injectable hydrogel; bioactive glass; bone cancer; bone regeneration.

Quando o osso adoece: por que tratar câncer ósseo é tão difícil?

Poucas doenças afetam tanto a qualidade de vida quanto o câncer ósseo. Além de provocar dor intensa, essa condição compromete a estrutura óssea, dificultando atividades básicas do dia a dia, como andar, dormir ou até mesmo respirar, dependendo da localização do tumor. Existem diferentes tipos de câncer que atingem os ossos: alguns têm origem diretamente no tecido ósseo, enquanto outros aparecem como consequência de metástases, ou seja, quando células de tumores em outros órgãos migram e se instalam nos ossos¹,².

Os tratamentos disponíveis atualmente incluem cirurgias invasivas, radioterapia e quimioterapia. Apesar de eficazes em muitos casos, esses métodos podem causar efeitos colaterais significativos e nem sempre conseguem restaurar o tecido ósseo danificado¹⁻³. Isso significa que, mesmo quando o tumor é eliminado, o paciente pode continuar sofrendo com dores crônicas e limitações funcionais.

Um único material, quatro estratégias contra o câncer

Imagine um único material capaz de unir diferentes formas de tratamento do câncer, agindo diretamente no local do tumor e estimulando o corpo a se recuperar. É exatamente essa a proposta do compósito que está sendo desenvolvido na Universidade Federal do ABC, com o apoio da FAPESP. Ele é feito à base de um hidrogel, um material líquido quando em baixas temperaturas, podendo ser facilmente aplicado no corpo, e que se transforma em gel quando em temperatura corpórea. Dentro desse hidrogel, são incorporados três componentes principais:

• Nanopartículas magnéticas: partículas de pequenas dimensões que, quando expostas a um campo magnético, aquecem e destroem as células tumorais em um processo chamado hipertermia magnética².
• Vidros bioativos contendo hólmio: um material que atua em duas frentes: quando em contato com os fluidos corpóreos, formam o principal material constituinte dos ossos conhecido como hidroxiapatita, ajudando na regeneração do osso danificado. Já o hólmio presente na composição do vidro auxilia na liberação de radiação de forma localizada, processo conhecido como braquiterapia, atingindo majoritariamente as células cancerígenas sem afetar outras regiões do corpo³.
• Ácido zoledrônico: um medicamento já utilizado em pacientes com câncer ósseo, que reduz a destruição do tecido e favorece sua reparação, além de potencializar a morte das células tumorais¹.

Essa combinação faz do compósito um verdadeiro “tratamento 4 em 1”, combatendo diretamente o tumor, regenerando o tecido ósseo adjacente e liberando o medicamento, tudo no mesmo sistema.

A Figura 1 apresenta o esquema simplificado do compósito injetável desenvolvido. Nela é possível observar o modo de aplicação, feito através de injeção, o ambiente tumoral-alvo e os três mecanismos simultâneos de ação contra o câncer, calor, radiação e fármaco, que favorecem também a regeneração óssea. É possível aplicar o hidrogel diretamente no osso afetado, através de uma seringa. Dentro do compósito, as nanopartículas magnéticas destroem as células tumorais por hipertermia, os vidros bioativos contendo hólmio liberam radiação localizada e estimulam a regeneração do tecido, enquanto o ácido zoledrônico auxilia na morte das células cancerígenas e na reparação óssea.

Figura 1. Representação simplificada da ação do compósito injetável multifuncional no combate ao câncer ósseo.

Fonte: autoria própria.

Entre vidros, nanopartículas e hidrogéis: a receita de um compósito promissor

Para transformar essa ideia em realidade, foi preciso unir conhecimentos de diferentes áreas da ciência, como química, engenharia de materiais, física e biologia.

Os vidros bioativos contendo hólmio são produzidos por meio do processo sol-gel, que permite obter materiais quimicamente ativos e compatíveis com o corpo humano³. As nanopartículas de magnetita são compradas comercialmente, as quais já possuem parâmetros como tamanho e propriedades magnéticas já conhecidos e consolidados². Já o hidrogel utilizado é formado pela dissolução de um polímero, conhecido por gerar uma rede capaz de aprisionar os outros componentes¹,⁴.

Depois de preparados, esses materiais são caracterizados por um conjunto de técnicas que verificam as propriedades da estrutura dos materiais produzidos, tais como difração de raios X, microscopia eletrônica, calorimetria e ensaios de liberação controlada de fármacos. Em seguida, o compósito é avaliado em ensaios biológicos para verificar sua eficácia contra células tumorais e sua capacidade de estimular a formação de novo tecido ósseo, e garantir a proliferação das células ósseas saudáveis na região adjacente a do tumor ¹⁻⁴.

O que os ensaios revelam sobre essa nova tecnologia

Os resultados obtidos são bastante promissores. Ensaios em laboratório mostram que as nanopartículas aquecem de forma eficiente quando sob efeito de um campo magnético, atingindo temperaturas capazes de induzir a morte de células cancerígenas sem afetar as células saudáveis². O vidro bioativo contendo hólmio apresenta dissolução controlada, manutenção da bioatividade e boa capacidade de estimular a formação de hidroxiapatita, um mineral essencial para o osso³.

O ácido zoledrônico, por sua vez, quando incorporado ao hidrogel, mantém sua atividade terapêutica sem ser desativado pela interação direta com a superfície dos vidros — um dos grandes desafios em pesquisas anteriores¹. Dessa forma, o sistema consegue superar limitações importantes, permitindo que o medicamento atue de forma seletiva contra células de osteossarcoma, um tipo celular de câncer ósseo, ao mesmo tempo em que favorece um ambiente propício à regeneração do tecido, estimulando a formação de células ósseas na região adjacente ao tumor.

Do laboratório para a vida real: como isso pode chegar até você

Um dos principais diferenciais desse compósito é ser injetável, o que significa que ele pode ser administrado de maneira minimamente invasiva, evitando procedimentos cirúrgicos complexos. Além disso, por concentrar a ação no local do tumor, o biomaterial tende a reduzir os efeitos colaterais comuns em tratamentos sistêmicos, como náuseas, queda de cabelo ou enfraquecimento do sistema imunológico¹,⁴.

Para pacientes, isso representa não apenas uma chance maior de tratar o câncer com eficácia, mas também uma melhoria significativa na qualidade de vida. Menos dor, mais autonomia e recuperação funcional dos ossos podem significar voltar a andar sem muletas, realizar atividades simples com menos limitações e reduzir períodos prolongados de internação hospitalar. No contexto da saúde pública, uma tecnologia como essa pode contribuir para diminuir custos de longos tratamentos, cirurgias repetidas e reabilitações demoradas.

Mudando a forma como pensamos o tratamento do câncer ósseo

Até pouco tempo atrás, era comum que pesquisas se concentrassem em apenas um aspecto do tratamento: ou destruir o tumor, ou regenerar o osso, ou liberar um medicamento. O diferencial dessa proposta é integrar múltiplas funções em um único sistema, o que aumenta a eficiência e reduz o tempo de recuperação¹.

Pesquisas da equipe interdisciplinar de pesquisadores envolvidos neste projeto mostraram que vidros bioativos podem ser combinados a nanopartículas magnéticas para promover a hipertermia sem perder suas propriedades de regeneração². Outros trabalhos demonstraram como hidrogéis podem modular a taxa de dissolução de vidros bioativos e, assim, controlar a liberação de fármacos¹,⁴. Mais recentemente, foi possível superar o desafio de combinar fármacos, como o ácido zoledrônico, com vidros bioativos sem perder sua função terapêutica¹. O projeto recente apoiado pela FAPESP reúne essas descobertas e as amplia, criando uma formulação inédita que pode inaugurar uma nova geração de tratamentos para câncer ósseo.

O caminho à frente: o que ainda falta descobrir

Ensaios mais detalhados de compatibilidade e eficácia são propostos para verificar como o compósito se comporta em modelos in vivo, a partir da indução de modelos de câncer ósseo. Outro passo importante consiste em melhorar a taxa de liberação dos materiais, a partir de modificações na proporção dos componentes, garantindo segurança e previsibilidade no tratamento. Quando todos os parâmetros forem devidamente otimizados, será possível transformar a tecnologia em uma aplicação real, aproximando a ciência produzida na universidade de soluções práticas para pacientes acometidos por esta doença.

Conclusões

O compósito multifuncional injetável desenvolvido mostra-se como uma alternativa inovadora para o tratamento de câncer ósseo. Ao unir hipertermia magnética, braquiterapia localizada e liberação controlada de fármaco, esse sistema oferece uma abordagem integrada, menos invasiva e potencialmente mais eficaz do que os métodos tradicionais. Mais do que combater o tumor, ele também devolve ao paciente a chance de recuperar o osso afetado, ampliando as perspectivas de qualidade de vida após o tratamento. Essa inovação representa não apenas um avanço científico, mas também um exemplo do impacto social direto que a pesquisa acadêmica pode gerar quando apoiada por iniciativas como as da FAPESP.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Central Experimental Multiusuário (CEM/UFABC) e à UFABC pela infraestrutura fornecida, e o suporte financeiro da FAPESP (Projeto Regular, 2020/00329-6) e da CAPES (código 001). Os autores agradecem a equipe interdisciplinar e o apoio das instituições colaboradoras: Hospital Israelita Albert Einstein (Dr. Roger Borges); Universidade Federal de São Paulo, Campus Diadema (Dr. Joel Machado Jr), Universidade Federal de São Paulo, Campus São Paulo (Dra. Giselle Zenker Justo, Dra. Daniele Ribeiro de Araújo), Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Dra. Monica Beatriz Mathor). Os resultados obtidos são frutos do desenvolvimento dos projetos de mestrado e doutorado, respectivamente das discentes Agatha Maria Pelosine e Telma Zambanini, vinculadas ao programa de Pós-graduação em Nanociências e Materiais Avançados da Universidade Federal do ABC.

Referências bibliográficas

1. Borges, R. et al. A colloidal hydrogel-based drug delivery system overcomes the limitation of combining bisphosphonates with bioactive glasses: in vitro evidence of a potential selective bone cancer treatment allied with bone regeneration. Biomaterials Advances 151, 213441 (2023).
2. Borges, R. et al. Superparamagnetic and highly bioactive SPIONS/bioactive glass nanocomposite and its potential application in magnetic hyperthermia. Biomaterials Advances 135, 112655 (2022).
3. Delpino, G. P. et al. Sol-gel-derived 58S bioactive glass containing holmium aiming brachytherapy applications: A dissolution, bioactivity, and cytotoxicity study. Materials Science and Engineering: C 119, 111595 (2021).
4. Borges, R. et al. Bioactive glass/poloxamer 407 hydrogel composite as a drug delivery system: The interplay between glass dissolution and drug release kinetics. Colloids Surf B Biointerfaces 206, 111934 (2021).

Artigo da Edição 40 do Informativo PesquisABC.