Construção de Peptídeos Cíclicos Penetrantes em Células para Maior Penetração de Barreiras Biológicas

As últimas décadas testemunharam rápidos avanços no desenvolvimento de peptídeos penetrantes em células (CPPs) para liberação de fármacos. As PPCs têm sido amplamente utilizadas como transportadores moleculares para o tratamento de uma série de doenças potencialmente fatais, incluindo distúrbios neurológicos^1,2, doenças cardíacas³, diabetes⁴, dermatoses⁵ e câncer ^6,7. O câncer continua sendo um fardo de saúde global acompanhado por uma alta taxa de morbidade e mortalidade, apesar dos amplos esforços de pesquisa⁸. Um sério obstáculo ao tratamento do câncer é o acesso limitado da terapêutica a células tumorais mais profundas devido a barreiras fisiológicas, como matriz extracelular compacta (MEC), vasculatura tumoral anormal, múltiplas barreiras de membrana e alta pressão do fluido intersticial (IFP)⁹. Assim, o desenvolvimento de novas PPCs com capacidade superior de entregar cargas através de barreiras biológicas é considerado uma estratégia essencial para o tratamento do câncer^10,11.

As PPCs podem ser classificadas em catiônicas, anfipáticas e hidrofóbicas em termos de suas propriedades físico-químicas¹². Dentre estes, o peptídeo HIV-TAT carregado positivamente e a poliarginina sintética são de considerável importância na pesquisa biomédica e têm sido extensivamente estudados para facilitar a liberação intracelular de fármacos¹³. Tunnemann e col. relataram que um comprimento mínimo de oito argininas é essencial para a penetração celular eficiente dos peptídeos sintéticos de poliarginina, com base em um estudo de permeabilidade celular realizado usando peptídeos R3 a^{R12 14}. No entanto, essas PPCs geralmente têm meias-vidas plasmáticas curtas devido à sua rápida hidrólise in vivo. Além disso, pouco se sabe sobre a otimização da estrutura química das PPCs para aumentar sua capacidade de transbarreira, uma vez que é um desafio penetrar em múltiplas membranas celulares¹⁵. Assim, o desenvolvimento de novos transportadores moleculares capazes de penetrar barreiras biológicas é fortemente desejado para aumentar a eficiência da liberação de fármacos. Em 2020, Komin et ^al.16 descobriram um CPP chamado peptídeo CL, que contém um motivo de hélice (RLLRLLR) e uma cauda de poliarginina (R7) para cruzar a monocamada epitelial. Um conjunto de variantes peptídicas CL também foram sintetizadas alterando o padrão helicoidal. Esta exploração pode ser um guia significativo para o desenvolvimento de novos CPPs para a entrega de cargas através de barreiras biológicas. Além disso, Dietrich e col. otimizaram a permeabilidade celular do peptídeo StAX, inibindo a via de sinalização Wnt/β-catenina por aumentar a hidrofobicidade global dos peptídeos¹⁷.

A restrição conformacional de peptídeos lineares não estruturados por ciclização é uma maneira eficaz de aumentar sua estabilidade proteolítica e permeablidade^18,19,20. O reforço estrutural aumenta a resistência às proteases dos peptídeos cíclicos, tornando-os mais estáveis in vivo em comparação com seus equivalentes lineares. Além disso, a ciclização de peptídeos pode potencialmente mascarar a espinha dorsal do peptídeo polar por promover a ligação intramolecular de hidrogênio, aumentando assim a permeabilidade da membrana dos peptídeos²¹. Nas últimas duas décadas, métodos quimiosseletivos de ciclização tornaram-se estratégias eficazes para a construção de peptídeos cíclicos com diferentes arquiteturas, como hidrocarbonetos, lactâmicos, triazóis, m-xileno, perfluoroaril e outras ligações cruzadas^22,23. A barreira biológica imposta pelo sofisticado microambiente tumoral poderia reduzir a penetração de fármacos em tumores^sólidos24. Verificamos anteriormente que as PPCs cíclicas apresentaram resistência superior à digestão enzimática em relação às suas contrapartes lineares²⁰. Além disso, a hidrofobicidade global dos peptídeos é crítica para sua maior permeabilidade celular²². Com base nos estudos discutidos acima, a combinação de um padrão carregado positivamente, hidrofobicidade global elevada e maior estabilidade da proteólise pode ser hipotetizada para aumentar a permeabilidade das PPCs através de barreiras biológicas. Em um estudo recente, identificamos duas CPPs cíclicas com ligações cruzadas aromáticas nas posições i e i+7 que exibem melhor permeabilidade em células e tecidos tumorais em comparação com suas contrapartes lineares¹⁵. Aqui, um protocolo sintético conciso para a síntese de CPPs cíclicas marcadas fluorescentemente e os principais passos para investigar sua permeabilidade são apresentados.