Cientista vietnamita Nguyen Duc Thanh desenvolve dispositivos médicos biodegradáveis com US$ 25 milhões em financiamento para pesquisas

Um esquema de vacinação embutido em um pequeno adesivo

Um adesivo testado em ratos liberou doses de Prevnar-13, uma vacina contra bactérias pneumocócicas, em intervalos programados que variaram de poucos dias a mais de um mês. Os animais desenvolveram respostas imunológicas semelhantes às dos que receberam várias injeções e sobreviveram a um desafio com uma dose letal da bactéria. Por trás do trabalho está Nguyen Duc Thanh, cientista vietnamita cuja pesquisa na Universidade de Connecticut atraiu milhões de dólares para dispositivos médicos projetados para desaparecer depois de cumprir sua função.

Conhecido em publicações científicas como Thanh D. Nguyen, o professor associado atua nas áreas de engenharia mecânica, engenharia biomédica e ciência dos materiais. Seus projetos incluem adesivos vacinais, estruturas destinadas a ajudar na recuperação de ossos lesionados e dispositivos biodegradáveis de ultrassom projetados para ajudar medicamentos quimioterápicos a chegar a tumores cerebrais.

A Universidade de Connecticut afirma que ele obteve US$ 25 milhões em financiamento para pesquisas desde que ingressou na instituição, em 2016. Os valores divulgados até outubro de 2024 incluíam mais de US$ 9,5 milhões provenientes de quatro bolsas R01 dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos (NIH) e US$ 6,6 milhões de duas bolsas aprovadas pela Fundação Bill & Melinda Gates.

A ideia central conecta vários problemas médicos aparentemente diferentes: criar um material que transporte medicamentos, gere um sinal elétrico ou produza ultrassom e, depois, permita que ele se decomponha no organismo. Para os pacientes, os benefícios pretendidos vão de reduzir o número de consultas para vacinação a evitar uma cirurgia para remover um implante.

As evidências publicadas mais detalhadas dizem respeito ao adesivo vacinal. Nguyen foi o autor correspondente do estudo da vacina com microagulhas, publicado on-line em 23 de novembro de 2020 na revista Nature Biomedical Engineering e incluído em seu volume de 2021. A pesquisa testou a tecnologia em ratos; seu uso na vacinação de rotina em pessoas continua sendo uma meta de desenvolvimento.

De Da Nang a um laboratório em Connecticut

Nguyen nasceu em 1984 em Da Nang, no centro do Vietnã. Estudou física no Colégio Le Quy Don para Alunos Talentosos antes de ingressar no programa de engenharia de elite em física da engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hanói.

Depois de se formar em 2007, recebeu em 2008 uma bolsa da Fundação de Educação do Vietnã para fazer doutorado na Universidade de Princeton. Concluiu o doutorado em 2013 e continuou como pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Sua trajetória acadêmica passou da mecânica e da engenharia aeroespacial para a tecnologia biomédica. Em Connecticut, onde ingressou nos departamentos de engenharia mecânica e biomédica em 2016, montou um laboratório dedicado a biomateriais, medicamentos, vacinas, medicina regenerativa e dispositivos médicos em miniatura. Tornou-se professor associado em 2022.

Algumas datas marcam o desenvolvimento desse trabalho:

• 2017: Nguyen recebeu o prêmio Trailblazer do NIH, destinado a jovens pesquisadores.
• 2018: Seu laboratório divulgou uma tecnologia de polímeros piezoelétricos biodegradáveis para aplicações médicas.
• 23 de novembro de 2020: O estudo sobre o adesivo vacinal programável foi publicado on-line.
• 30 de agosto de 2022: Foi concedida uma patente de microagulhas com estrutura núcleo-casca que nomeia Nguyen e Khanh Tran.
• 2024: Nguyen foi eleito membro sênior da Academia Nacional de Inventores.

Como um adesivo pode substituir várias consultas

O adesivo vacinal de Nguyen tem aproximadamente o tamanho da ponta de um polegar e contém centenas de agulhas minúsculas. Em vez de usar uma seringa convencional para aplicar cada dose separadamente, ele deposita pequenos reservatórios de vacina na pele em uma única aplicação.

Cada microagulha tem um núcleo que contém a vacina e uma camada externa feita de um polímero biodegradável chamado poli(ácido lático-co-glicólico), ou PLGA. Os pesquisadores fabricam e alinham essas peças em miniatura de modo que camadas com diferentes tempos de decomposição liberem o conteúdo em momentos distintos.

O objetivo é obter uma série de liberações programadas, semelhante a aplicações separadas. Uma dose pode ser liberada após um curto intervalo, enquanto outra permanece encapsulada até mais tarde. Alterar o projeto e as propriedades do material da camada muda o cronograma de liberação.

Nguyen, então professor assistente de engenharia em Connecticut, explicou o benefício pretendido para os pacientes:

O paciente não precisaria se lembrar do cronograma de vacinação", diz Nguyen. "Não precisaria receber outro adesivo para tomar as vacinas repetidamente.

O estudo em ratos usou a Prevnar-13 contra a bactéria Streptococcus pneumoniae. A comparação com aplicações repetidas é útil porque o objetivo prático é manter a proteção e, ao mesmo tempo, reduzir o número de vezes que uma pessoa precisa voltar para receber o tratamento.

O que menos consultas podem representar

Famílias que moram longe de uma clínica talvez precisem organizar o transporte, afastar-se do trabalho e voltar em várias datas diferentes para completar um esquema vacinal. Um adesivo que contenha seu próprio cronograma de doses poderia reduzir esses deslocamentos e a possibilidade de perder uma dose posterior.

A abordagem de Nguyen faz parte de um campo mais amplo de pesquisa com microagulhas. Mark Prausnitz, diretor do Centro de Desenvolvimento, Pesquisa e Entrega de Medicamentos da Georgia Tech, trabalha com adesivos para gripe e sarampo. Ele explica que agulhas curtas podem atravessar a fina barreira externa da pele sem precisar ter o comprimento de uma agulha de injeção convencional.

Algumas formulações de microagulhas também podem facilitar a distribuição de vacinas ao reduzir a dependência de refrigeração. O desempenho durante o armazenamento depende da vacina e da formulação do adesivo, por isso cada produto proposto precisa ser testado individualmente. No adesivo programável de Nguyen, tanto a confiabilidade do cronograma quanto a preservação da vacina durante o armazenamento são essenciais para o uso pretendido.

Darin Zehrung, responsável pelo programa de dispositivos médicos e tecnologias de saúde da PATH, apontou o compromisso da indústria, a escala de fabricação e um custo razoável como desafios práticos para os adesivos vacinais. O trabalho publicado por Nguyen apresenta evidências em animais sobre a liberação programada; transformar o projeto em um produto médico amplamente distribuído também exige desenvolvimento clínico e de fabricação.

Patentes ampliam a plataforma de liberação

Nguyen e o coinventor Khanh Tran registraram o pedido de patente de microagulhas com estrutura núcleo-casca em 5 de março de 2019. A patente americana 11,426,570 foi concedida em 30 de agosto de 2022, tendo a Universidade de Connecticut como titular.

A invenção descreve agulhas biodegradáveis que podem ficar inseridas na pele e liberar quantidades controladas de medicamentos ou vacinas em pulsos precisos e em momentos previsíveis. Um pedido relacionado que nomeia os mesmos inventores foi registrado em 22 de julho de 2022.

Um pedido diferente, registrado em 28 de setembro de 2021, nomeia Nguyen e Nicholas Farrell e trata da liberação prolongada para o tratamento da dor. Ele descreve um sistema de microagulhas biodegradáveis projetado para liberar medicamentos a uma taxa quase constante por pelo menos 30 dias.

As duas abordagens atendem a cronogramas de tratamento diferentes. A vacinação pode exigir doses distintas, separadas por dias ou semanas, enquanto o tratamento da dor pode exigir um fornecimento constante. Ambas usam a estrutura e a decomposição de um material para controlar quando o medicamento fica disponível.

Materiais que ajudam na recuperação de ossos e cartilagens

O laboratório de Nguyen também estuda estruturas biodegradáveis que geram sinais elétricos. A propriedade em questão é a piezoeletricidade: um material produz uma pequena carga elétrica quando é pressionado, dobrado ou submetido a outro tipo de esforço mecânico.

Para lesões graves em ossos longos, como o fêmur e a tíbia, a equipe está desenvolvendo um suporte biológico, uma estrutura temporária destinada a ajudar na recuperação. O material pode produzir pulsos elétricos projetados para estimular a cicatrização em locais onde o processo natural de reparação do organismo talvez enfrente dificuldades.

Um projeto do NIH destinou US$ 2,1 milhões a pesquisas voltadas a melhorar a recuperação de lesões graves em ossos longos. O suporte combina apoio físico e estimulação elétrica, em vez de atuar apenas como uma estrutura passiva.

Um trabalho relacionado, divulgado em 2022, usou nanofibras de poli(ácido L-lático), ou PLLA, para ajudar na regeneração de cartilagem em articulações lesionadas. O movimento, como o ato de caminhar, exerce força sobre o material e produz sinais elétricos fracos, destinados a estimular as células envolvidas na reparação dos tecidos.

Cartilagem e osso exigem estratégias de recuperação diferentes. A abordagem de engenharia comum é dar uma função biológica útil a um material temporário e, em seguida, permitir que ele se decomponha à medida que o tecido se recupera.

Ultrassom projetado para ajudar medicamentos a chegar ao cérebro

A pesquisa de Nguyen sobre câncer cerebral aplica materiais biodegradáveis a outro problema complexo de liberação de medicamentos. Muitos medicamentos têm dificuldade para chegar ao tecido cerebral porque a barreira hematoencefálica, uma fronteira rigidamente controlada ao redor dos vasos sanguíneos, restringe o que consegue atravessá-la.

Sua equipe desenvolveu pequenos chips flexíveis de ultrassom, projetados para serem implantados perto do tecido cerebral. Os dispositivos produzem ondas sonoras destinadas a ajudar medicamentos quimioterápicos a entrar no cérebro e alcançar células cancerosas. A abordagem proposta permitiria sessões repetidas de tratamento antes de o implante se decompor.

Uma bolsa de US$ 2,16 milhões do NIH apoia pesquisas voltadas a aprimorar a quimioterapia com o uso de tecnologia biodegradável de ultrassom. Um dispositivo que desaparece depois do tratamento poderia poupar o paciente de outro procedimento para removê-lo.

O trabalho com ultrassom dá continuidade ao interesse do laboratório por eletrônicos temporários. Em 2018, Nguyen e colegas desenvolveram um sensor com material biodegradável usado em fios cirúrgicos absorvíveis. O dispositivo foi projetado para transmitir informações sem fio e depois se decompor, reunindo o monitoramento e a remoção final em um mesmo projeto de material.

Um projeto da pandemia além dos implantes

Durante a pandemia de COVID-19, a equipe de Nguyen investigou se suas membranas poliméricas biodegradáveis também poderiam servir como filtros para máscaras. Em janeiro de 2021, o grupo descreveu um protótipo que pretendia se aproximar do desempenho de filtragem de um respirador N95 e, ao mesmo tempo, permitir esterilização e reutilização.

O filtro proposto usava uma membrana piezoelétrica capaz de gerar uma pequena tensão elétrica quando o ar passava por ela. Os pesquisadores investigaram se esse efeito elétrico poderia ajudar a capturar partículas, além da ação física de filtragem da membrana.

Nguyen disse que o laboratório estava medindo a filtragem, ajustando as condições de fabricação e comparando o material com máscaras médicas convencionais e respiradores N95. A equipe também descreveu testes de esterilização com calor e pressão ou ultrassom, preservando as propriedades piezoelétricas da membrana.

Em janeiro de 2021, o projeto estava na fase de pesquisa e desenvolvimento do produto, com a possibilidade de comercialização em análise. No mesmo período, o laboratório estudava adesivos vacinais para a COVID-19. O experimento publicado com o adesivo programável usou a vacina pneumocócica Prevnar-13.

O que o financiamento e o reconhecimento abrangem

Os valores do financiamento descrevem várias partes do programa de pesquisa de Nguyen. Até outubro de 2024, quatro bolsas R01 do NIH somavam mais de US$ 9,5 milhões. Uma bolsa R01 é um dos principais mecanismos do NIH para apoiar um projeto de pesquisa definido.

Entre as bolsas especificadas, três incluíam US$ 2,1 milhões para a recuperação de ossos longos, US$ 1,5 milhão para a tecnologia de microagulhas e US$ 2,16 milhões para ultrassom biodegradável voltado ao tratamento do câncer cerebral. A Fundação Gates aprovou duas bolsas que somavam US$ 6,6 milhões para desenvolver adesivos capazes de liberar várias doses de vacinas.

O financiamento citado do NIH e da Fundação Gates somava cerca de US$ 16,1 milhões, aproximadamente 64% dos US$ 25 milhões que, segundo a Universidade de Connecticut, Nguyen obteve depois de ingressar na instituição. O valor de US$ 25 milhões abrange seu histórico mais amplo de financiamento na universidade.

Sua eleição como membro sênior da Academia Nacional de Inventores em 2024 o colocou em uma turma de 124 pessoas de 60 instituições. Em conjunto, os integrantes dessa turma detinham mais de mil patentes nos Estados Unidos e tinham mais de 340 tecnologias licenciadas ou comercializadas.

O título de membro sênior reconhece atividades de invenção e patenteamento, transferência de tecnologia e formação de futuros inventores. Entre outras honrarias de Nguyen estão o prêmio de Engenheiro Jovem de Destaque em Manufatura da SME, em 2018, o reconhecimento entre jovens inovadores da região Ásia-Pacífico e a escolha entre os jovens vietnamitas de destaque em 2019.

Em todos os projetos, a ambição prática é a mesma: reduzir consultas repetidas, ajudar medicamentos a chegar a alvos de difícil acesso e fazer implantes temporários desaparecerem quando terminam sua função. O estudo da vacina oferece um exemplo concreto dessa ambição em animais, enquanto o programa mais amplo aplica as mesmas ideias de engenharia de materiais à recuperação, ao monitoramento e ao tratamento.

Principais pontos

• Nguyen Duc Thanh ingressou na Universidade de Connecticut em 2016 e tornou-se professor associado em 2022.
• Seu adesivo vacinal programável liberou doses de Prevnar-13 em momentos definidos em ratos, produzindo respostas imunológicas semelhantes às obtidas com injeções repetidas.
• Seu laboratório também estuda materiais biodegradáveis para a recuperação de ossos e cartilagens, sensores temporários e dispositivos de ultrassom para levar medicamentos ao cérebro.
• Até outubro de 2024, o apoio citado do NIH e da Fundação Gates somava cerca de US$ 16,1 milhões; a Universidade de Connecticut estimou em US$ 25 milhões o financiamento mais amplo das pesquisas de Nguyen.
• Nguyen foi eleito membro sênior da Academia Nacional de Inventores em 2024.
• O uso rotineiro do adesivo vacinal programável em pessoas continua sendo uma meta de desenvolvimento.