Do fundo do mar, uma luz de esperança contra o cancro

Investigação científica em Portugal

Quimioluminescência é o fenómeno que leva vários organismos vivos a emitir luz. Luís Pinto da Silva, bioquímico da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, está a investigar uma forma de transformar essa energia numa arma de combate a vários tipos de cancro.

Pode o segredo da cura para o cancro (ou para alguns tipos de cancro, pelo menos) ser uma luz vinda do fundo do mar? Essa é uma hipótese que está a ser explorada pelo investigador Luís Pinto da Silva e pela sua equipa na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP). Este bioquímico está a aplicar os princípios da quimioluminescência associada a animais que costumam habitar as profundezas marítimas, como as anémonas, para produzir um composto capaz de matar as células tumorais sem danificar as células saudáveis em volta. Até agora, os resultados dos testes in vitro têm-se revelado promissores.

Comecemos pelo “palavrão”: quimioluminescência. Mais não é do que “uma reação química que gera energia em forma de luz”, explica Luís Pinto da Silva. Uma capacidade que também está presente “em vários organismos vivos” e que associamos, por exemplo, de forma mais comum aos pirilampos, capazes de brilhar no escuro. Não são os únicos, contudo. “Há uma percentagem muito alta de espécies marinhas capazes dessa luminescência, bio ou quimio. Existe em muitas anémonas, tubarões, bactérias e também em muitos peixes que habitam o chamado deep sea (mar profundo)”, refere o investigador da FCUP e do Centro de Investigação Química da Universidade do Porto (CIQUP).

Ora, refira-se que a quimioluminescência é uma ferramenta “já muito utilizada em biologia molecular, para monitorizar a expressão de genes”. Como tem “uma sensibilidade muito apurada”, é bastante utilizada em bioimagem. Ou seja, “mediante a emissão de luz pode ver-se a ocorrência ou não de alguns processos, como expressão de genes ou anticorpos” no organismo. Tem sido, por exemplo, aplicada recentemente em alguns dos testes feitos para a deteção de anticorpos contra o SARS-Cov-2.

Aqui, no projeto de investigação liderado por Luís Pinto da Silva, as propriedades quimioluminescentes são utilizadas para a formação de um composto (fármaco) que reage à presença de marcadores tumorais (ou seja, genes ou moléculas que são identificados como

“Quimioluminescência mais não é do que uma reação química que gera energia em forma de luz. Há uma percentagem muito alta de espécies marinhas capazes dessa luminescência.”

“O que fizemos foi basear-nos numa molécula que está presente, por exemplo, nas anémonas e que é ativada por marcadores tumorais.”

“Conseguimos alterar a molécula de forma que, quando for ativada e gerar essa reação quimioluminescente, ela liberte energia, mas não sob forma de luz.”

“A energia passa a ser usada para converter o oxigénio presente nas células em espécies reativas de oxigénio, que são capazes de destruir os tumores.” Luís Pinto da Silva Investigador

sinais de existência de um tumor) libertando energia não em forma de luz, mas em forma de espécies reativas de oxigénio que vão atacar e destruir as células com cancro. No fundo, é como uma pequena alteração no código de programação dessa molécula, chamada coelenterazina.

“O que fizemos foi basearmo-nos numa molécula que está presente, por exemplo, nas anémonas, mas também em várias outras espécies marinhas, e modificá-la. Essas moléculas são ativadas por um marcador tumoral, isto é, uma espécie que está mais expressa, ou sobre-produzida, nas células tumorais. E o que fizemos foi alterar a molécula de forma a que, quando for ativada e gerar essa reação quimioluminescente, ela liberte energia mas não sob forma de luz. A energia passa a ser usada para converter o oxigénio presente nas células em espécies reativas de oxigénio, que são capazes de destruir os tumores”, explica o DN o investigador.

Os organismos expostos ao oxigénio, como são os humanos, produzem espécies reativas de oxigénio no seu metabolismo normal. Estas são normalmente poderosos agentes oxidantes com capacidade para danificar vários tipos de estrutura celular. Essas espécies reativas de oxigénio “têm um poder oxidante elevado” e dentro da célula podem começar a reagir com biomoléculas e oxidam-nas. “No fundo, vão alterá-las e degradá-las de modo a que o metabolismo celular fique alterado e seja destruído. Ou seja, vão destruindo os componentes da célula, fazendo com que ela deixe de funcionar”, acrescenta.

Assim, o que a equipa liderada por Luís Pinto da Silva faz é modificar a forma dessa molécula se expressar. “Esta molécula tem várias formas de expressar a energia. A sua forma natural é a emissão de luz, mas nós, digamos, obrigamo-la a mudar de faixa, para outro caminho, e converter energia de outra forma. É uma alteração estrutural que leva a que ela reaja de uma maneira diferente”, reforça o cientista, que viu o seu projeto, designado de ChemiTumorTher, receber um financiamento de 250 mil euros da Fundação Para a Ciência eTecnologia(FCT)paraospróximos três anos.

A molécula bioluminescente mais presente na vida marinha

O fator-chave neste projeto é então a coelenterazina, “a molécula bioluminescente mais prevalente na vida marinha” e presente em muitas espécies marinhas, como as anémonas. A coelenterazina é designada como uma luciferina e reage a enzimas luciferase. Estas causam a oxidação da molécula, o que por seu turno desencadeia o fenómeno de luminescência.

A molécula foi descoberta, em meados da década de 1970, por duas equipas diferentes de investigadores: Milton J. Cormier et al. na Universidade da Geórgia (Atenas) e Osamu Shimamura e Frank Johnson na Universidade de Princeton (NJ), através do estudo de duas espécies pertencentes à família filo cnidaria: a Renilla reniformis (amor-perfeito do mar) e a Aequorea victoria (gelatina de cristal). Shimamura acabou por ganhar um Prémio Nobel da Química em 2008.

Mas as propriedades desta molécula acabaram por revelar um espectro mais amplo, que levaram à sua escolha por parte de Luís Pinto da Silva e da sua equipa. A aposta do cientista famalicense, de 33 anos, na coelenterazina presente nas anémonas deve-se aqui à capacidade desta para reagir também à presença de um marcador tumoral específico, o que permite abrir novas vias na procura de uma terapia eficaz no combate a diferentes tipos de cancro.

O interesse do investigador na quimioluminescência já é antigo, pelo menos desde o doutoramento, que dedicou a “tentar perceber como é que esses organismos emitem luz”. O bioquímico focou-se, na altura, no pirilampo e em perceber todos os mecanismos químicos que explicam a sua luminescência. Era uma “investigação mais fundamental, a estudar o funcionamento destes sistemas”, mas foi esse trabalho que lhe deu “as bases para perceber como poder manipular alguns mecanismos”, um estudo essencial para agora tentar colocar a coelenterazina no epicentro de uma terapia revolucionária contra o cancro. “Quando acabei o doutoramento, em 2016, a ideia foi aproveitar esse conhecimento de muitos anos e tentar aplicá-lo. Foi aí que surgiu esta ideia para o aplicar no tratamento do cancro”, recorda.

“Além de poderem manifestar luminescência em reação a uma enzima que as catalisa, essas moléculas das anémonas conseguem emitir luminescência por outra via, quando entram em contacto com uma espécie oxidante que se chama anião superóxido, o qual é um marcador tumoral”, diz o investigador. Ou seja, “a coelenterazina tem a vantagem de não precisar de uma enzima nem de outro auxiliar qualquer para ser ativada. Só precisa do marcador tumoral, o tal anião superóxido. Como este anião está geralmente sobre-expresso em células tumorais, o que nós então formulámos foi: se esta molécula já tem potencial para ser ativada seletivamente em tumores, na presença do anião superóxido, vamos tentar modificá-la para que em vez de gerar luz, essa reação química possa traduzir-se na produção de oxigénio singuleto, uma espécie reativa de oxigénio mais forte do que o anião superóxido e que vai destruir o tumor”, descreve o bioquímico, apontando outra importante vantagem da coelenterazina. “Estas moléculas parecem ter potencial para tratar vários tumores sem afetar tecidos saudáveis, o que é algo bastante importante para reduzir potenciais efeitos secundários no tratamento, que são sempre uma das principais preocupações”, sublinha Luís Pinto da Silva.

Vantagens sobre a terapia fotodinâmica

A destruição de células tumorais por espécies reativas de oxigénio não é, em si, a novidade neste projeto. Já há um tratamento específico que faz isso, a terapia fotodinâmica (PTD, na sigla inglesa), “que é basicamente um composto inativo ao qual é adicionado luz para ativar esse fármaco no paciente, num local específico”. “Esse fármaco, ao absorver a luz, produz essas espécies reativas que vão destruir os tumores”, explica o cientista da FCUP.

De facto, desde a década de 1960 que vários estudos detalharam os processos de geração e consumo de oxigénio singuleto em organismos vivos, levando a uma aplicação cada vez mais crescente desta molécula em terapias de tratamento de cancro, como acontece na terapia fotodinâmica. Mas a terapia fotodinâmica tem limitações, pois tradicionalmente só é possível tratar pequenos tumores localizados e muito próximos da superfície da pele, já que a luz usada na PTD só pode penetrar até um centímetro de pele. Logo, não é utilizável em casos de cancros mais avançados e metastizados, lembra o cientista.

Com o composto que está a ser testado pela equipa de Luís Pinto da Silva, a terapia poderá ficar acessível a um maior número de pacientes e ser aplicada a diferentes tipos de cancro, já que a coelenterazina não vai precisar de luz para ser ativada, mas apenas do tal anião superóxido que não só assinala a presença de uma célula tumoral como vai desencadear a reação química necessária para levar a molécula a produzir o oxigénio singuleto. “Dessa forma, será possível superar as limitações da terapia fotodinâmica”, expõe o investigador.

Os investigadores modificaram a coelenterazina, natural e não tóxica, e produzem-na atualmente em laboratório. O objetivo é a produção de um composto que possa

“O fator-chave neste projeto é a coelenterazina, a molécula bioluminescente mais prevalente na vida marinha.”

“Estas moléculas parecem ter potencial para tratar vários tumores sem afetar tecidos saudáveis, o que é algo bastante importante para reduzir potenciais efeitos secundários no tratamento.”

“Neste momento estamos na fase de otimização, de testar em linhas celulares quais serão os melhores compostos perante os diferentes tipos de cancro, e depois passaremos para ensaios em animais.” Luís Pinto da Silva Investigador

atuar localmente nas células afetadas. Em ensaios laboratoriais realizados na Faculdade de Farmácia e na Faculdade de Medicina da Universidade do Porto, o potencial fármaco tem revelado boa eficácia em diferentes células tumorais: do neuroblastoma aos cancros da mama, próstata e cólon. Numa primeira fase, num outro projeto também financiado pela FCT, os investigadores desenvolveram oito moléculas candidatas a partir da alteração da coelenterazina.

Depois de terem concluído com sucesso os primeiros passos – design e síntese das moléculas e avaliação in vitro –, seguem-se novos desafios. “Já demonstrámos a prova de conceito, neste momento estamos na fase de otimização da sua atividade tumoral, de testar em linhas celulares quais serão os melhores compostos perante os diferentes tipos de cancro, e depois passaremos para ensaios em animais”, projeta o cientista, apontando “provavelmente para o próximo ano” o avanço do projeto para testes em ratinhos (o modelo animal). “Neste momento estamos na fase de otimização dos compostos e seleção dos mais promissores através de ensaios em linhas celulares, para depois podermos passar então para os ensaios animais e comprovar os resultados com testes em ratinhos com vários tipos de cancro.”

Um fármaco, uma patente e uma start-up

A ideia, reforça Luís Pinto da Silva, “é que a molécula seja internalizada dentro das células tumorais e dentro da célula ela reaja perante a presença em excesso do anião superóxido”. Para já, ainda é cedo para determinar se a administração ao paciente poderá ser por via oral ou via intravenosa. “Ainda estamos em fase precoce. Geralmente um fármaco demora uns 10 anos a passar todas as fases e são precisos uns milhões de euros para os ensaios clínicos (em humanos).” A ambição depende de parcerias e “avultados investimentos”. Mas no horizonte está também a criação de uma start-up para o desenvolvimento de ensaios clínicos.

Além do financiamento da FCT, o projeto de Luís Pinto da Silva, que se desgina Chemi-Tumor, contou já com o apoio dos programas HiTech One e HiTech Two, da HiSeedTech, uma associação que faz a interligação entre projetos de investigação e as necessidades do mercado e das empresas privadas, e tem também um pedido de patente em análise.

Este bioquímico de Famalicão, que adquiriu o gosto pela investigação durante a licenciatura na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, quando começou a querer perceber os mecanismos da quimioluminescência, está também envolvido em outras linhas de investigação noutras áreas, algumas em colaboração com a indústria de compósitos de madeira, por exemplo, onde faz parte de uma equipa cujos estudos permitiram a conceção de materiais mais sustentáveis e produtores de energia verde, contribuindo para maior eficiência energética.

Além da quimioluminescência, as suas áreas de interesse na investigação estendem-se a outros domínios, como o desenvolvimento de nanomateriais sustentáveis, o estudo do papel de aerossóis nas alterações climáticas ou a composição química e atividade antioxidante de fungos – como, por exemplo, os cogumelos silvestres comestíveis Armillaria mellea e Macrolepiota procera (presentes em Marrocos e Portugal), ou os Lactarius sanguifluus, cogumelos que fazem parte do diversificado património micológico da floresta Koudiat Taifour (um local de interesse biológico e ecológico na região norte de Marrocos) e cujo valor nutricional faz deles antioxidantes naturais e agentes antimicrobianos úteis na preservação de alimentos e da saúde humana.

Mas este projeto de aplicação da quimioluminescência em terapias contra o cancro é especialmente impactante pelo grande potencial de traslação para a prática clínica, “abrindo portas a uma terapia que poderá ficar acessível a um grande número de pacientes com cancro.” Neste caso, a luz que se acende chama-se esperança.