Eliana Steinberg é a força motriz por trás de um pequeno chip que testa vários tratamentos no mesmo tumor em tempo recorde, e ela tem apenas 28 anos.
Eliana Steinberg era farmacêutica em uma farmácia em Jerusalém quando encontrou um paciente que mudou sua vida.
“Ele tinha câncer de próstata em estágio avançado com metástases, e vinha à farmácia várias vezes por mês. Desenvolvi relacionamentos pessoais com ele e sua esposa”, diz ela ao Calcalist.
“Foi muito triste ver diante dos meus olhos o progresso de sua doença e seu desamparo, especialmente quando ele estava enfrentando tratamentos difíceis, que ele não tinha certeza de que seriam bem-sucedidos. Queria ajudá-lo praticamente com a doença em si, além de dar explicações de como tomar os remédios. Eu queria aliviar seu sofrimento.”
Steinberg decidiu se candidatar a um mestrado em uma trilha de excelência em nanotecnologia na Escola de Farmácia da Universidade Hebraica.
Desde então, seus estudos evoluíram para um doutorado, e nos últimos quatro anos Steinberg desenvolveu um método que pode causar uma grande revolução na forma como os pacientes com câncer são tratados: um chip transparente, que com a ajuda de uma pequena amostra de um câncer tumor examina uma série de tratamentos possíveis para ver qual deles é o mais eficaz, e em tempo recorde, com os resultados obtidos em menos de duas semanas.
“Hoje, é possível saber se os pacientes estão respondendo a um determinado tratamento apenas após algumas semanas ou meses”, explica Steinberg.
“É triste porque para alguns deles, ao chegarem a esse estágio, não sobra tempo para tentar outros tratamentos, e perdem a oportunidade de receber o tratamento que era adequado para eles. Além disso, enquanto desenvolvem metástases, seus corpos ficam ainda mais enfraquecidos pelos tratamentos de quimioterapia e sua capacidade de lidar com o próximo tratamento diminui. Meu método foi projetado para contornar essa limitação.”
O desenvolvimento, que foi feito sob a direção do Prof. Ofra Benny, já está sendo utilizado por pacientes oncológicos do Hospital Hadassah sob a aprovação do Comitê de Helsinque, que aprova experimentos em humanos. No próximo ano, uma empresa comercial será estabelecida com base no desenvolvimento, antes mesmo de entrar no processo de aprovação regulatória.
Enquanto isso, o chip rendeu a Steinberg a prestigiosa bolsa Adams de 100.000 shekels que ela recebeu na semana passada.
“Estamos falando de centenas de tratamentos que podem ser testados em um tempo relativamente curto”, explica o professor Moshe Oren, bioquímico e pesquisador de câncer do Instituto Weizmann e presidente do comitê de direção e seleção do programa de bolsas, que é compartilhado com a Academia de Ciências e Humanidades de Israel e a família canadense Adams.
“Uma vez que a eficácia do desenvolvimento de Eliana seja comprovada, sem dúvida, terá um efeito de longo alcance para pacientes com câncer”, disse o Prof. Oren
Como funciona o chip
Como funciona o modelo “tumor em um chip” desenvolvido por Steinberg?
Um pedaço de tecido com alguns milímetros de tamanho é retirado do tumor e dividido em laboratório em centenas de células individuais. Usando a técnica de placa de Petri 3D, centenas de “modelos” do tecido original são reconstruídos a partir dessas células, que contêm todas as suas células – câncer e tecido circundante.
As centenas de tecidos regenerados (chamados “esferóides”) são então inseridos em um chip dentro do qual existem vários canais, em cada um dos quais uma droga diferente é entregue aos tecidos. Após cerca de uma semana, são examinados os resultados dos vários tratamentos e conclui-se qual é o mais eficaz contra o tumor.
O modelo desenvolvido por Steinberg pertence ao ramo da microfluídica – um campo de pesquisa que combina engenharia, física, química, microtecnologia e biotecnologia, e trata do comportamento e controle de líquidos em dimensões minúsculas, do tamanho de mícrons.
Por exemplo, a NASA usa um “laboratório em um chip” – um chip de silício que contém tubos de ensaio em miniatura e sensores de monitoramento, nos quais são direcionados materiais experimentais como culturas, bactérias e produtos químicos – entre outras coisas para escanear DNA e moléculas orgânicas em busca de sinais de vida no espaço.
“Organ on a chip” – um chip no qual crescem tecidos de vários órgãos – é mais um passo na evolução da área, que combina as vantagens de experimentos em tubo de ensaio (in vitro) com experimentos em animais (in vivo): por um lado, há um experimento em tecido vivo sem prejudicar os animais em um processo que pode levar muito tempo e terminar em fracasso, e por outro lado, as condições do laboratório permitem experimentos ilimitados sem prejudicar os pacientes.
A esperança é que no futuro essa tecnologia substitua os animais de laboratório no desenvolvimento de medicamentos e nos processos de teste de toxinas.
“Uma das coisas que mais gosto na minha pesquisa é que ela é muito clínica, não é que eu esteja pesquisando algo abstrato e talvez depois seja algo aplicável, é bem prático – você vem ver os resultados na clínica, ” diz Steinberg. “O ideal para mim é que meu chip se torne algo acessível ao público como parte da rotina de tratamento do câncer.”
‘Se uma porta está fechada para ela, ela entra pela janela’
O mais surpreendente no currículo de Steinberg é sua idade – apenas 28 anos. “Tem gente que começa o doutorado muito depois dos 30 anos, e tem quem corre, como Eliana”, diz o Prof. Oren sobre ela. Steinberg qualifica com um sorriso que “sou considerado apenas um pouco mais jovem no laboratório, e não de maneira extrema”.
Ela nasceu em uma família religiosa, filha de um casal que imigrou dos Estados Unidos, a caçula de seis irmãos e irmãs. Ela cresceu em Jerusalém e ainda vive lá hoje. Depois de completar seu serviço nacional, onde ajudou estudantes com dificuldades de aprendizado e novos imigrantes, ela estudou para obter o diploma de bacharel em farmácia na Universidade Hebraica, graduando-se com honras.
“É importante para mim que meu trabalho seja significativo e que eu possa ver como ajudo as pessoas diretamente. Queria aliar a teoria à prática”, diz. “Ser farmacêutico é como ter botas no chão, senti que realmente vejo os pacientes e suas necessidades e me conecto com eles em um nível pessoal. Isso me fez querer ajudá-los ainda mais.”
Então, por que você não estudou medicina?
“Estava menos procurando contato direto com os pacientes e mais interessado em desenvolver tratamentos. Farmácia me pareceu uma profissão interessante e importante com trabalho.”
O que aconteceu com aquele paciente da farmácia que o levou a mudar para a pesquisa?
“Além da ligação pessoal, aquele paciente tinha um câncer de um tipo considerado tratável, e não do tipo fatal, onde não há chance de ajudá-lo. Portanto, fiquei triste em vê-lo em seu estado, sabendo que tudo isso teria sido evitado se ele tivesse sido diagnosticado antes, e não em estágio avançado com metástases. Eu me senti impotente por não ter como ajudá-lo.”
Como um farmacêutico desenvolve chips na pesquisa do câncer?
“É de fato uma transição não trivial”, explica o Prof. Benny, chefe do laboratório de nanomedicina da Escola de Farmácia da Faculdade de Medicina da Universidade Hebraica e supervisor de Steinberg. “Eliana está em um caminho de excelência em nanotecnologia, um dos pontos fortes é que expõe os alunos a muitas disciplinas relacionadas a materiais e engenharia.”
Diz o Prof. Benny, “Mas o caso dela é muito mais do que isso – esta é uma pessoa determinada e criativa. Se algo não funcionar, ela encontrará uma maneira de fazê-lo funcionar. Se uma porta está fechada para ela, ela entra pela janela. Isso é algo que nem todo aluno sabe fazer. E mescla a boa e importante base da farmácia com a área de engenharia e o conhecimento de design gráfico 3D que adquiriu. O céu é o limite para ela.”
Steinberg ingressou no laboratório de Benny em outubro de 2018, cerca de um ano depois que o laboratório começou a desenvolver um órgão em um chip, e contribuiu para um impulso significativo para a pesquisa. “Minha tecnologia permite ajustar o tamanho do chip exatamente à quantidade de tecido que quero testar e à quantidade de quimioterapia que preciso testar em diferentes combinações e concentrações”, explica ela, “é um método muito conveniente que é ajustado exatamente para cada experimento.”
O método de criação dos esferóides – aqueles tecidos reconstruídos que são produzidos em laboratório a partir de cada célula cancerosa amostrada do paciente – também não é evidente.
“Os esferóides, que geralmente são formados em um dia, podem ser produzidos dentro do chip ou inseridos no chip por fora”, explica Benny. “A estrutura do chip que desenvolvemos e os materiais fazem com que as células cancerígenas prefiram grudar umas nas outras em vez de se espalhar em uma superfície, de modo que elas produzem autonomamente uma estrutura esférica tridimensional, em vez da estrutura das células em uma superfície que é comum em experimentos”.
Benny enfatiza: “Esta é uma diferença crítica, porque na estrutura esférica eles começam a se comportar de maneira semelhante à forma como as células cancerígenas se comportam no corpo em termos de metabolismo, oxidação e muito mais”.
O chip de Steinberg teve que superar alguns obstáculos técnicos significativos ao longo do caminho. “Havia a preocupação de que o chip fosse tóxico para as células, pois é feito de plástico e pode secretar substâncias tóxicas para as células, então meu protocolo torna as substâncias não tóxicas”, explica Steinberg.
“Além disso, tivemos que garantir que o chip fosse transparente para que pudesse ser fotografado ao microscópio, encontrar uma maneira de abrir e remover facilmente o tumor do chip sem vazamentos e permitir que as células crescessem por um período de tempo dentro dele. Por fim, consegui desenvolver uma tecnologia que possibilita todos esses recursos e também imprimir o chip em uma impressora 3D rapidamente, em duas horas.”
Como um farmacêutico sabe desenhar um chip que é impresso em uma impressora 3D?
“Estudei por conta própria. Não havia curso de design em meus estudos, então outro doutorando no laboratório, especializado em impressão 3D, me apresentou a esse mundo. Sinto que realmente tive sorte porque gosto de design, amo o pensamento criativo, o desafio de superar as limitações da impressora e do chip e o desafio com tudo o que é necessário para atingir a meta. Como o chip é personalizado, tenho que pensar em um design diferente a cada vez, de acordo com as necessidades da pesquisa.”
Você faz parecer simples, mas é muito complexo para alguém que não vem da área de engenharia.
“Para quem vem da engenharia, é mais fácil saber usar o software – é algo que me levou horas no início. Mas esse engenheiro ainda não tinha formação em biologia e, principalmente, o entendimento do que o tecido vivo precisa. Então, em qualquer caso, o desenvolvimento do chip requer um olhar para os dois mundos, engenharia e biologia.”
Da farmácia ao espaço sideral
Apesar da aceleração da pesquisa, a área de “organ on a chip” ainda está apenas no início de sua jornada comercial: existem várias empresas no mercado (principalmente a holandesa Mimetas e a espanhola Beonchip, ao lado da israelense Tissue Dynamics do Prof. Jacob Nachmias).
“Uma das desvantagens das tecnologias concorrentes é que elas exigem uma amostra de bastante material do tumor do paciente”, explica Benny.
“Com nosso método, maximizamos a área, o que significa que podemos usar uma quantidade muito pequena de tecido de maneira muito eficiente, e podemos experimentar o máximo de medicamentos nessa pequena quantidade. Também temos a vantagem da análise dinâmica, o que significa que podemos olhar os tecidos e analisá-los em diferentes momentos, e isso tem um grande significado para examinar como o paciente reage aos medicamentos. Também podemos brincar com os desenhos de acordo com a necessidade de pesquisa – a impressão em laboratório nos permite controlar formas geométricas, o que outros não conseguiram fazer com os métodos padrão.”
Você está descrevendo um avanço aqui.
“Este é definitivamente um avanço tecnológico, que pode ser um divisor de águas no campo. É um campo lotado e há muita pesquisa de ‘órgão em um chip’, mas temos muitas vantagens únicas, por isso estamos definitivamente otimistas de que nosso desenvolvimento dará um impulso ao campo da previsão de drogas. ”
Os chips revolucionários estão agora em fase de validação, tendo até agora examinado cerca de 30 tumores de pacientes oncológicos do Hospital Hadassah. “Continuamos constantemente aperfeiçoando o sistema e tornando-o ainda mais sofisticado”, diz Steinberg.
O que mais precisa ser melhorado?
“Principalmente para tornar o chip ainda mais rápido, ou seja, reduzi-lo de duas semanas para uma semana. Para isso, você precisa entrar na eletroquímica e ajustar o modelo para que ele tenha o maior número possível de indicadores precisos de todas as direções.”
Os pacientes com os quais Steinberg trabalha nessa fase são pacientes com câncer em estágio avançado, aqueles cujas chances de sobrevivência são baixas. Portanto, seus experimentos estão atualmente testando principalmente a capacidade de conter ou retardar o crescimento.
Um desses pacientes era um menino de 8 anos. “É difícil separar a parte científica pura das emoções nesse caso”, diz ela. “Recebi tecido tumoral de glioblastoma, o câncer de cérebro mais violento e agressivo, que se desenvolveu nele. Então os médicos estão tentando fazer o possível, e enviaram amostras do tumor para diversos laboratórios, inclusive o nosso. E enquanto eles ainda aguardavam os resultados dos outros laboratórios, já conseguimos cultivar as células e também identificar a quais tratamentos elas responderam e a que resistiram.”
Em outro caso, um exame de esferoides desenvolvido a partir de uma amostra de glioblastoma de um paciente identificou uma mutação em 70% deles, que não foi detectada no tumor original.
“Não é que o tumor original não tenha a mutação, porque não se forma repentinamente em 20 dias”, explicou Shai Rosenberg, pesquisador de neuro-oncologia do Hospital Hadassah Ein Kerem.
“Era simplesmente uma minoria insignificante das células tumorais e a tecnologia ajudou a diagnosticá-la. Assim, recomendamos um medicamento que trata essa mutação e faz maravilhas. Embora a paciente já estivesse em estágio avançado da doença e vivesse apenas mais dois meses, conseguimos dar-lhe algum alívio.” Steinberg e Rosenberg apresentaram o caso na conferência da Society for Neuro-Oncology, a conferência científica mais importante do mundo na área de tumores cerebrais.
É uma grande responsabilidade sobre seus ombros – determinar o que pode salvar um paciente terminal.
“Eu definitivamente sinto o peso da responsabilidade”, diz Steinberg. “E às vezes tenho até um pouco de medo de ouvir a resposta dos médicos se conseguimos ou não. A preocupação com a pessoa por trás do experimento está constantemente presente. Fiquei muito feliz que pudemos de alguma forma ajudar aquele paciente. É muito significativo para mim.”
Em dezembro passado, os chips de Steinberg chegaram ao espaço sideral: esferoides que ela desenvolveu no laboratório da Estação Espacial Internacional foram lançados como parte de um projeto da SpacePharma para testar o efeito do medicamento Doxil em células cancerígenas em condições de gravidade zero.
“A medicina espacial é um campo de pesquisa jovem e realmente interessante”, diz Steinberg. “A ideia geral é que, à luz da crescente intervenção humana no espaço e da tendência do turismo espacial, é inevitável que eventualmente também haja câncer no espaço, então queremos examinar como todos esses processos acontecem na microgravidade – se afetarem o curso da doença e seu tratamento”.
Você começou na farmácia e foi até o espaço. Isso é muito impressionante para um jovem de 28 anos.
“Com todo o respeito a todas as coisas interessantes e desafiadoras pelas quais passei no processo, no final, meu objetivo sempre foi ajudar as pessoas. Estou realmente ansioso para que nosso chip seja de domínio público. Será maravilhoso.”
Publicado em 04/08/2022 09h25
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