Por favor, avalie esta postagem
Pesquisadores cultivaram cristais de um composto de actínio puro, visto aqui através de um microscópio, para entender como o actínio se liga a outras moléculas em um sólido. Crédito: Jen Wacker/Berkeley Lab
Um estudo no Berkeley Lab revelou novos insights sobre o actínio, um elemento crítico para tratamentos emergentes de câncer. Ao examinar sua estrutura cristalina, pesquisadores notaram propriedades únicas que poderiam melhorar a terapia alfa direcionada, um método promissor no tratamento do câncer.
Embora o elemento actínio tenha sido descoberto pela primeira vez na virada do século XX, os pesquisadores ainda não têm uma boa compreensão da química do metal. Isso porque o actínio só está disponível em quantidades extremamente pequenas e trabalhar com o material radioativo requer instalações especiais. No entanto, para melhorar os tratamentos emergentes de câncer usando actínio, os pesquisadores precisarão entender melhor como o elemento se liga a outras moléculas.
Jen Wacker processa uma amostra de actínio no Berkeley Lab. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Avanços na Pesquisa de Actínio
Em um novo estudo liderado pelo Lawrence Berkeley National Laboratory do Departamento de Energia (Berkeley Lab), pesquisadores cultivaram cristais contendo actínio e estudaram a estrutura atômica do composto. Embora os elementos frequentemente se comportem de forma semelhante a seus primos mais leves na tabela periódica, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o actínio se comportou de forma diferente do que o previsto ao observar sua contraparte, o lantânio.
“Há uma ampla gama de aplicações para esses elementos, desde a energia nuclear até a medicina e a segurança nacional, mas se não soubermos como eles se comportam, isso inibe o progresso que podemos fazer”, disse Jen Wacker, primeira autora do artigo publicado recentemente em Comunicações da Natureza e um químico no Berkeley Lab. “Estamos vendo que esse trabalho é necessário para realmente entender a complexidade desses elementos radioativos, porque em muitos casos, usar seus substitutos não é suficiente para entender sua química.”
Joshua Woods e Appie Peterson medem uma pequena amostra de actínio. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Potencial do Actínio na Terapia do Câncer
Uma área de interesse é usar um isótopo de actínio (actínio-225) em um método de tratamento de câncer chamado terapia alfa direcionada (TAT), que se mostrou promissor em ensaios clínicos. O método TAT usa sistemas de entrega biológica, como peptídeos ou anticorpos, para mover o elemento radioativo para o local do câncer. Quando o actínio decai, ele libera partículas energéticas que viajam uma curta distância, destruindo as células cancerígenas próximas, mas poupando o tecido saudável mais distante.
“Há um movimento para projetar melhores sistemas de entrega para levar o actínio a células específicas e mantê-lo lá”, disse Rebecca Abergel, professora associada de engenharia nuclear e química da UC Berkeley que lidera o Heavy Element Chemistry Group no Berkeley Lab. “Se pudermos projetar proteínas para ligar o actínio com uma afinidade realmente alta, e ser fundidas com um anticorpo ou servir como proteína alvo, isso realmente permitiria novas maneiras de desenvolver radiofármacos.”
Esta renderização mostra a estrutura de como o actínio (magenta) se liga a outras moléculas. Triângulos vermelhos indicam como o arranjo difere da contraparte mais leve do actínio, o lantânio (cinza). A estrutura em bastão da molécula de ligação (o ligante) é cercada por bolsas na proteína. Crédito: Jen Wacker/Berkeley Lab
Técnicas inovadoras para estudar o actínio
Os pesquisadores usaram uma nova abordagem para cultivar os cristais usando apenas 5 microgramas de actínio puro – aproximadamente um décimo do peso de um grão de sal, e invisível a olho nu. Eles primeiro purificaram o actínio por meio de um complexo processo de filtragem que removeu outros elementos e impurezas químicas. Eles então ligaram o actínio a uma molécula de captura de metal chamada ligante e envolveram o feixe dentro de uma proteína isolada e purificada pela equipe de Roland Strong no Fred Hutchinson Cancer Center, construindo um “andaime macromolecular”.
Os cristais, cultivados ao longo de uma semana dentro do Heavy Element Research Laboratory, foram então crio-resfriados em nitrogênio líquido e iluminados com raios X no Advanced Light Source (ALS) do Berkeley Lab. Os raios X revelaram a estrutura 3D do composto e mostraram como o actínio interagia com os átomos ao redor. É a primeira estrutura de raios X de cristal único relatada para actínio
“Trabalho com cristalografia há 40 anos e vi muitas coisas, e o método que a equipe está usando é único e fornece detalhes que não poderíamos obter no passado”, disse Marc Allaire, cientista da Divisão de Biofísica Molecular e Bioimagem Integrada do Berkeley Lab e chefe da equipe do Berkeley Center for Structural Biology no ALS. “Até onde sei, o Berkeley Lab é o único lugar no mundo onde fazemos esse tipo de estudo e medimos cristais de proteína radioativa.”
(Da esquerda para a direita) Anthony Rozales, Joshua Woods, Jen Wacker e Marc Allaire na linha de luz 5.0.2 na Advanced Light Source. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Direções futuras na pesquisa de actínio
Neste trabalho, os cientistas usaram o actínio-227, o isótopo de vida mais longa do elemento. Estudos futuros explorarão o actínio-225 (o isótopo preferido para terapia alfa direcionada) para procurar outras mudanças em como o metal se liga. Os pesquisadores também estão interessados em parear o actínio com diferentes proteínas para aprender mais sobre as estruturas que ele forma.
“Esta é uma ciência muito fundamental que faz parte do nosso programa principal para entender a química de elementos pesados”, disse Abergel. “Conseguimos um método experimental realmente difícil tecnicamente que expande os limites da química de isótopos e nos permite obter uma melhor compreensão deste elemento. Esperamos que isso nos permita, e a outros, desenvolver melhores sistemas que sejam úteis para a terapia alfa direcionada.”
Referência: “Quelação e cristalização de actínio em um andaime macromolecular” por Jennifer N. Wacker, Joshua J. Woods, Peter B. Rupert, Appie Peterson, Marc Allaire, Wayne W. Lukens, Alyssa N. Gaiser, Stefan G. Minasian, Roland K. Strong e Rebecca J. Abergel, 15 de julho de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-50017-5