Biofísica

Descrição geral:

A linha de pesquisa em Biofísica essencialmente utiliza as espectroscopias de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) e de Fluorescência para a busca de novos fármacos, naturais ou sintéticos. Estas espectroscopias auxiliam na compreensão dos mecanismos de ação de potenciais fármacos em sistemas biológicos. Entender esses mecanismos é importante para encontrar/desenvolver novos fármacos ou protótipos, com maior eficácia e menores efeitos colaterais. Temos aplicado essas técnicas nos estudos de interações de compostos com sistemas biomiméticos simplificados, tais como bicamadas lipídicas e micelas, e com sistemas mais complexos como a pele, o parasita da leishmaniose, fungo, bactéria e nanopartículas.

 

Responsáveis:

• Prof. Antônio Alonso

• Profa. Cássia Alessandra Marquezin

 

Áreas de Pesquisa:

1) Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (RPE ou EPR): Nós utilizamos a espectroscopia de EPR para estudar as interações de novos fármacos, ou protótipos de fármacos, com células e tecidos biológicos. Essa espectroscopia faz uso de uma molécula marcada contendo um fragmento paramagnético que dá o sinal de EPR. Essa molécula marcada é chamada de marcador de spin, ou spin label. A técnica então consiste em colocar a molécula marcada no sistema biológico que se quer estudar, e essa molécula vai gerar informações sobre o meio em que se encontra através do sinal de EPR.

Uma das nossas principais linhas de pesquisa é a busca de novos fármacos para combate da leishmaniose. Muitos compostos leishmanicidas são hidrofóbicos e ativos na membrana do parasita, principalmente porque a membrana celular é o primeiro alvo de ataque. Para analisar a membrana do parasita nós colocamos na membrana um ácido esteárico marcado com um radical nitróxido. Desse modo, estudamos a miltefosina, que é um fármaco já aprovado internacionalmente para o tratamento. Conhecer os mecanismos de ação destes fármacos é importante para encontrar análogos mais potentes e com menos efeitos colaterais. A técnica mostrou que a miltefosina ataca as proteínas de membrana, aumentando a dinâmica molecular. Esse tipo de alteração pode levar ao vazamento de eletrólitos e isso pode resultar na morte do parasita.

Outra estratégia é usar compostos formadores de espécies reativas do oxigênio molecular (ROS). Os compostos formadores de ROS entram na célula e oxidam a membrana do parasita. Esse processo de lipoperoxidação leva à formação cross-linking entre lipídios e entre as proteínas de membrana, isso torna a membrana mais rígida e a técnica de EPR detecta essa rigidez de membrana, permitindo monitorar os efeitos. Essa busca por novos fármacos também se aplica a outros parasitas, fungos, bactérias e até mesmo no caso do câncer.

Em outra linha de pesquisa, nós aplicamos a técnica de EPR para analisar a interação de compostos com o stratum corneum, a camada mais externa da pele. O stratum corneum é formado por corneócitos, que são células anabolicamente mortas, e entre um corneócito e outro existem membranas intercelulares que representam a principal barreira de permeabilidade na pele. Existem facilitadores de permeação na pele que são compostos que aumentam a fluidez das membranas intercelulares e a técnica de EPR detecta esse efeito. Por exemplo, se a pessoa tem uma micose na pele, ao tratar com um antimicótico ela pode não obter resultado, pois muitas vezes é necessária a presença de um facilitador da permeação para ajudar o antimicótico a permear a pele e chegar ao local onde está o microorganismo.

Há grupos de pesquisa na Faculdade de Farmácia (FF) que desenvolvem nanopartículas lipídicas com o fim de veicular fármaco através da pele. E nós já publicamos vários artigos em colaboração com esses grupos de pesquisa, pois a espectroscopia de EPR permite estudar não só as interações do fármaco com a nanopartícula lipídica, mas também das interações da nanopartícula com a pele.

Essa espectroscopia também pode fazer o uso de “spin trap”, uma molécula que não possui sinal de EPR, mas quando forma um complexo com alguma espécie reativa do meio se torna paramagnética dando um espectro de EPR que geralmente permite identificar o radical livre formado. Essa metodologia tem sido usada em nosso grupo de pesquisa para estudar os fotossensibilizadores para uso em terapia fotodinâmica (PDT). Ela pode quantificar a formação de oxigênio singleto, ânion superóxido ou de radical hidroxila.

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2) Espectroscopia de fluorescência: A espectroscopia de fluorescência é, há décadas, a principal ferramenta experimental no estudo de sistemas biofísicos e bioquímicos. Em nossos estudos, complementada pela espectroscopia de absorção óptica, fornece resultados acerca da dinâmica de pequenas moléculas interagindo com modelos de membrana biológica, tais como micelas e vesículas fosfolipídicas (lipossomas). As pequenas moléculas podem ser aminoácidos, bases nitrogenadas, potenciais fármacos, sondas fluorescentes e moléculas com ação no sistema nervoso central.

Alguns projetos têm como objetivo caracterizar pequenas moléculas fluorescentes para que possam atuar como sondas quando inseridas em macromoléculas que não possuam fluorescência intrínseca. Já outras linhas de estudo monitoram os efeitos causados em membranas modelo pela presença de moléculas com ação psicotrópica em humanos (derivados da triptamina), ou de moléculas com ação antifúngica, anticancerígena etc. (moléculas pertencentes à classe das tiossemicarbazonas).

Experimentos utilizando anisotropia de fluorescência dão informações sobre a mobilidade do ambiente ao redor da molécula fluorescente. Neste âmbito, é estudado o comportamento de fase de bicamadas fosfolipídicas do tipo LUV na ausência e na presença de pequenas moléculas de interesse biológico. O monitoramento da formação de micelas em meio aquoso também se dá através da anisotropia de fluorescência.

Outra metodologia utilizada é a transferência de energia por ressonância (FRET), onde é possível determinar a distância entre duas moléculas (doador e aceitador) em um determinado sistema. Trabalhos utilizando essa ferramenta têm sido publicados pelo grupo, fornecendo informações sobre localização e distribuição de moléculas em bicamadas lipídicas.

 

Equipe:

• Jean Carlo de Sousa e Silva (Doutorando)

• Alexandre Augusto Muniz Garcia (Mestrando)

• Éder Jéferson Souza Cardoso (Mestrando)

• Ellyêssa do Nascimento Borges (Graduanda)

• Thaís Moreira Fontenele (Graduanda)

 

Egressos:

• Gustavo Almeida e Silva (Docente na rede pública estadual de Goiás)

• Heverton Silva de Camargos (Docente – IFT)

• Jorge Luiz Vieira dos Anjos (Docente – UFCat)

• Kelly de Souza Fernandes (Docente – IFG-Trindade)

• Rodrigo Alves Moreira (Docente – IFG-Iporá)

• Sebastião Antônio Mendanha Neto (Docente IF-UFG)

 

(Atualizado em Junho/2023)