Gotas Nasais de Nanopartículas Contornam a Barreira Hematoencefálica para Recuperar Células Cerebrais Danificadas por AVC

O AVC isquêmico continua sendo a segunda principal causa de morte em adultos no mundo, e o mecanismo central da lesão — dano mitocondrial em neurônios — tem carecido de um tratamento de precisão. Quando o fluxo sanguíneo é restaurado após a oclusão, uma cascata de lesão por reperfusão inunda os neurônios com espécies reativas de oxigênio (ROS), perturba o equilíbrio do cálcio, colapsa a produção de ATP, desencadeia apoptose e impulsiona a microglia para um estado M1 pró-inflamatório destrutivo. Os medicamentos neuroprotetores existentes não conseguem penetrar adequadamente na barreira hematoencefálica (BHE), e as tentativas de coentrega simultânea de antioxidantes e agentes anti-inflamatórios falharam porque essas intervenções são necessárias em diferentes estágios da lesão. Este estudo aborda ambos os problemas — a transposição da BHE e a ação sequencial dos fármacos — com uma única nanoplataforma bioengenheirada.

A equipe da China Pharmaceutical University construiu o MM@BPPF por meio de esfoliação em fase líquida de fósforo negro em bulk, formando nanofolhas bidimensionais (BP NSs), sobre as quais foram carregados eletrostaticamente o polímero catiônico polimetformina (PolyMet) e o agonista do receptor de esfingosina-1-fosfato cloridrato de fingolimode (FTY720) nas folhas aniônicas. Uma biomembrana híbrida, resultado da fusão de membrana de microglia (MicM) e membrana mitocondrial (MitM), foi co-extrudada sobre as folhas carregadas, produzindo uma nanopartícula lamelar de aproximadamente 200 nm de diâmetro, com potencial zeta levemente negativo e excelente estabilidade coloidal. TEM, XRD, XPS, mapeamento elementar por SEM e perfil proteico por SDS-PAGE confirmaram a fabricação bem-sucedida e a retenção das principais proteínas de membrana, incluindo o canal aniônico dependente de voltagem (VDAC) e ATP5A da MitM, além de CD11b, CX3CR1 e TREM2 da MicM.

In vitro, o MM@BPPF penetrou barreiras de células epiteliais olfatórias multicamadas com eficiência significativamente maior do que partículas não revestidas, demonstrando a vantagem do revestimento de membrana no transporte mucoso. Em modelos de neurônios submetidos à privação de oxigênio e glicose seguida de reoxigenação (OGD/R), o MM@BPPF reduziu as ROS intracelulares em mais de 80% e as ROS mitocondriais em magnitudes comparáveis em relação aos controles. Os ensaios com JC-1 mostraram restauração do potencial de membrana mitocondrial; os níveis de ATP foram recuperados a valores próximos do normal; e a sobrecarga de cálcio — medida pela fluorescência do Fluo-4 — foi substancialmente atenuada. A viabilidade das células neuronais melhorou de aproximadamente 40% sob OGD/R para mais de 85% com o tratamento com MM@BPPF. Além disso, o sistema promoveu a polarização da microglia do fenótipo M1 para o M2, com reduções significativas de TNF-α, IL-1β e IL-6 e aumentos de IL-10 e TGF-β nas células tratadas.

Os experimentos in vivo utilizaram o modelo de oclusão/reperfusão da artéria cerebral média (MCAO/R) em ratos. O MM@BPPF administrado por via intranasal acumulou-se no tecido cerebral isquêmico em níveis aproximadamente 4 vezes maiores do que a administração intravenosa, confirmado por imagem de fluorescência IVIS e quantificação ex vivo. A coloração por TTC demonstrou que o volume do infarto foi reduzido em aproximadamente 70% nos ratos tratados com MM@BPPF em comparação aos controles com veículo. O conteúdo de água cerebral (edema) diminuiu significativamente. Os escores de déficit neurológico melhoraram substancialmente, e os testes de labirinto aquático de Morris e de campo aberto demonstraram restauração da função cognitiva e motora. A imunofluorescência revelou redução de neurônios apoptóticos positivos para caspase-3, diminuição de microglia M1 Iba-1+/iNOS+, aumento de microglia M2 Arg-1+, intensificação da angiogênese CD31+ e promoção da neurogênese DCX+ na penumbra isquêmica.

As investigações mecanísticas confirmaram que o MM@BPPF ativou a via AMPK (por meio do PolyMet), regulou positivamente a sinalização STAT3 (por meio do FTY720) e desencadeou a depuração mitofágica das mitocôndrias danificadas. As BP NSs se degradaram em íons fosfato não tóxicos, que quelaram o excesso de cálcio intracelular. A ação sequencial — as BP NSs primeiro suprimindo o surto agudo de ROS, o PolyMet sustentando em seguida a biogênese mitocondrial mediada por AMPK e o FTY720 reprogramando posteriormente a microglia — foi mecanisticamente distinta e temporalmente adequada. O perfil de segurança sistêmica não mostrou hepatotoxicidade, nefrotoxicidade nem dano a órgãos fora do alvo, corroborando a biocompatibilidade da plataforma. As limitações incluem o fato de o estudo ser inteiramente pré-clínico em roedores, a farmacocinética precisa do transporte intranasal ao cérebro necessitar de maior caracterização e a viabilidade translacional da produção em larga escala de membranas híbridas ainda não ter sido demonstrada.