13ª Semana Integrada do Instituto de Física de São Carlos

Análise teórica das condições de nucleação sobre as bicamadas fosfolipídicas das membranas celulares para aplicação da Terapia Sonodinâmica

21 de ago. de 2023 14:00

1h 30m

Salão de Eventos USP

Básica 14h00 - 15h30

Descrição

A Terapia Sonodinâmica (TSD) é uma nova técnica para o tratamento do câncer, que utiliza ultrassom (US) e um fármaco denominado sonossensibilizador (SS), que podem causar efeitos sonomecânicos e sonoquímicos, levando à necrose ou apoptose de células. (1) O US é uma onda mecânica e sua ação pode ocorrer na bicamada fosfolipídica das membranas celulares (BFMC), a estrutura básica da célula. Um desses efeitos é o fenômeno denominado nucleação, caracterizado pela formação de bolhas de gás e vapor. A BFMC é indispensável para a função celular, e é possível que diversos gases possam se acumular ali, atingindo concentrações que podem levar à nucleação. A interação entre o gás e a BFMC foi validada por dados que mostraram que alguns gases possuiriam uma solubilidade maior na bicamada do que na água (que corresponde ao elemento em maior concentração dentro e fora das células). (2) Esses gases tendiam a se concentrar em regiões específicas do lipídio, como no centro da bicamada, potencializando o fenômeno da nucleação. Além disso, a menor tensão superficial da membrana, quando comparado com a água, facilita o processo de nucleação na BFMC. Existem dois tipos de nucleação: homogênea e heterogênea. A nucleação homogênea ocorre quando as bolhas são formadas em meios sem impurezas ou imperfeições, a partir de uma transição de fase (liquido - vapor). A formação de bolhas neste caso está diretamente relacionada à tensão superficial da BFMC, indicando a quantidade necessária de energia para a geração de bolhas. À medida que a tensão superficial das BFMC diminui, a energia necessária para a formação das bolhas também diminui, facilitando a sua formação. Ademais, esse fenômeno também depende das pressões acústicas incidentes e do raio inicial da bolha que está sendo formada, e pode ser descrito matematicamente pela teoria clássica de nucleação (TCN). A partir de correções na TCN pode-se descrever a nucleação heterogênea, que ocorre quando as bolhas são formadas por meio de perturbações na membrana em meios com heterogeneidades, como, por exemplo, devido à presença de gases dissolvidos. Além disso, a nucleação heterogênea também depende de outros fatores tais como a compressibilidade, flexibilidade e elasticidade das BFMC. A tensão superficial das membranas celulares, tanto em células saudáveis quanto cancerígenas, é importante para a formação das bolhas nas BFMC. (3) Os tumores apresentam uma tensão superficial menor em comparação com as células saudáveis, o que pode resultar em uma nucleação mais rápida e, consequentemente, em um aumento da mortalidade celular quando submetidos ao US. Porém, é importante destacar que existem diferenças na composição e organização das membranas de células saudáveis e cancerígenas, que desempenham um papel significativo no processo de nucleação. Portanto, este estudo visa entender, se ocorre nucleação a partir das condições do ultrassom utilizado na TSD, e como as características das células influenciam esse processo. Dessa forma, será possível esclarecer os efeitos citotóxicos da técnica e, por consequência, permitir sua aplicação no cenário clínico.

Referências

1 FOGLIETTA, F. et al. Sonodynamic treatment induces selective killing of cancer cells in an in vitro co-culture model. Cancer, v. 13, n. 15, p. 3852-1-3852-18, July 2021.

2 WRENN, S. P.; SMALL, E.; DAN, N. Bubble nucleation in lipid bilayers: a mechanism for low frequency ultrasound disruption. Biochimica et Biophysica Acta, v. 1828, n. 4, p. 1192-1197, Apr. 2013.

3 PONTES, B. et al. Membrane elastic properties and cell function. PloS One, v. 8, n. 7, p. e67708-1-e67708-13, July 2013.