Em um único movimento, uma lâmina deslizante corta o fundo de seis ovos de codorna salpicados, e suas gemas caem em um prato de seis poços.
Ovos de codorna não são comuns em pesquisas, e a maioria dos cientistas biomédicos nunca viu esse dispositivo semelhante a uma guilhotina. Mas no laboratório de biotecnologia do Instituto de Desenvolvimento de Terapia do Câncer Infantil (cc-TDI), nos arredores de Portland, Oregon, esses óvulos estão ajudando os pesquisadores a priorizar rapidamente os candidatos a medicamentos para estudos longos e caros com camundongos. Em dezembro passado, o cc-TDI publicou uma descrição desta plataforma 1 em Scientific Reports – apenas um exemplo de como a organização sem fins lucrativos está quebrando as normas na pesquisa do câncer como um dos únicos laboratórios de pesquisa autônomos focados no desenvolvimento de medicamentos para câncer pediátrico.
A cada ano, cerca de 400.000 crianças e adolescentes em todo o mundo desenvolvem câncer. Nos Estados Unidos, o câncer mata cerca de 1.800 jovens anualmente, mais do que todas as outras doenças juntas. No entanto, desde 1978, menos de uma dúzia de medicamentos desenvolvidos especificamente para câncer infantil ganharam a aprovação da Food and Drug Administration dos EUA. (Em média, 12 medicamentos para câncer de adultos chegam ao mercado todos os anos.)
É um enigma econômico cruel: apesar de seu enorme impacto coletivo, os cânceres infantis individuais são raros e poucas empresas estão dispostas a investir os milhões de dólares necessários para desenvolver um medicamento com um mercado minúsculo. “Como você vai ganhar dinheiro tratando 300 crianças por ano com rabdomiossarcoma?” pergunta Charles Keller, diretor científico e fundador do cc-TDI, referindo-se a um tipo raro de câncer que se forma nos músculos e outros tecidos moles e que afeta principalmente crianças.
Médico-pesquisador com formação em engenharia biomédica, Keller lançou o cc-TDI em 2015 para mudar esse cálculo. Em parceria com empresas de biotecnologia e farmacêuticas para avaliar terapias experimentais para testes clínicos, o instituto já ajudou a mover dois candidatos a medicamentos para testes de fase I em todo o país, incluindo um para glioma pontino intrínseco difuso, um tumor cerebral letal para o qual a taxa de sobrevivência e as opções de tratamento não melhoraram em várias décadas.
Financiamento flexível
Os subsídios federais normalmente não financiam estudos de validação de medicamentos e desenvolvimento pré-clínico, portanto, os pesquisadores não são incentivados financeiramente a completá-los. Um novo mecanismo, uma droga alvo promissora, talvez uma droga candidata – esses são os tipos de projeto que tendem a atrair investimentos governamentais.
O cc-TDI funciona com um orçamento enxuto de US$ 2,5 milhões — dos quais apenas US$ 350.000 são fornecidos por doações dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (NIH). A maior parte vem de fundações, famílias e filantropia. “É preciso tanto trabalho para administrar uma relação de confiança com um doador quanto para escrever uma doação do NIH”, diz Keller. Uma jovem arrecadou mais de US$ 980.000 para cc-TDI antes de morrer de rabdomiossarcoma em março, um mês antes de completar 21 anos. Um filantropo da área de Portland doou US$ 270.000.
Filantropia e doações privadas podem financiar pesquisas pré-clínicas de alto impacto que teriam dificuldades para atrair dólares federais. Com financiamento de várias fundações, por exemplo, o cc-TDI lançou as bases para redirecionar uma classe de compostos antibióticos chamados fluoroquinolonas para prevenir recaídas no sarcoma de Ewing, um câncer raro para o qual dois medicamentos falharam nos ensaios clínicos. As fluoroquinolonas podem entrar em ensaios clínicos assim que o cc-TDI garantir financiamento para identificar compostos promissores e testá-los em mais modelos de células e animais.
A visão de um engenheiro
Para ferramentas para fazer o trabalho, o instituto recorre a engenheiros. Noah Berlow entrou a bordo em 2015 depois de obter um PhD em engenharia elétrica na Texas Tech University em Lubbock. Em sua pesquisa, Berlow usou matemática aplicada e inteligência artificial para encontrar terapias contra o câncer, como parte de uma colaboração entre Keller, então na Oregon Health & Science University em Portland, e Ranadip Pal, engenheiro elétrico e orientador de tese de Berlow na Texas Tech.
No cc-TDI, engenheiros e biólogos trabalham juntos para analisar os resultados dos testes de drogas juntamente com dados de sequenciamento de DNA e RNA de tumores – resultando em conjuntos de dados massivos. Berlow diz que o papel do engenheiro é ajudar a compreendê-los. Quando surgem características intrigantes nos dados, os biólogos podem descobrir o que significam. Embora os engenheiros confiem na experiência dos biólogos para contextualizar o que pode parecer um punhado de pontos de dados perdidos, o escasso conhecimento biomédico de um engenheiro – e sua nova perspectiva – pode ser vantajoso.
“Quando você começa a fazer suposições de que sabe como as coisas funcionam, o câncer tem uma maneira de virar isso de cabeça para baixo”, diz Berlow.
Berlow co-desenvolveu uma ferramenta de triagem automatizada que classifica por probabilidade de diagnóstico todos os possíveis cânceres que uma pessoa pode ter. Isso ajuda os patologistas a decidir rapidamente quais testes confirmatórios realizar e pode ser especialmente útil em áreas rurais e países em desenvolvimento que não possuem patologistas 2 . Treinado em 424 lâminas de tecido de tumores de sarcoma, o modelo é mais de 88% eficaz na detecção de todos os subtipos de sarcoma testados.
Outro engenheiro, Samuel Rasmussen, ingressou na cc-TDI recém-saído da universidade, onde estudou engenharia mecânica. Rasmussen passou pela Portland State University, no Oregon, trabalhando à noite em um armazém de distribuição local do fabricante de equipamentos agrícolas John Deere. Ele fez parte de uma equipe de alunos de graduação fazendo um projeto de pesquisa sênior no início de 2016 sob a supervisão de Keller. Sua carga: criar um dispositivo para quebrar ovos sem quebrar a gema.
O design da equipe não funcionou, mas Rasmussen continuou mexendo. Experimentando em uma tigela na união dos estudantes, ele determinou que remover o fundo do ovo com uma faca poderia liberar a gema ilesa. Em poucos dias, Rasmussen criou um protótipo funcional. Keller ofereceu-lhe um estágio de verão – e, seis meses depois, o contratou em tempo integral.
Rasmussen foi o primeiro autor do artigo da Scientific Reports 1 , no qual ele e seus colegas colocaram células tumorais tratadas com drogas em embriões de codorna sem casca crescendo em placas de laboratório, fornecendo uma maneira rápida e barata de rastrear drogas em tecidos vivos. Os dados de um ensaio de ovos de codorna de 11 dias, que usa até 200 ovos por triagem a cerca de 35 centavos de dólar por ovo, concordam com os dados do rato, mesmo quando os resultados dos experimentos com ratos e laboratórios diferem, diz Keller. Isso sugere que o sistema de ovo de codorna pode ser usado para selecionar de forma confiável candidatos para testes em estudos usando camundongos implantados com tumores humanos. Esses estudos com ratos levam dez ou mais semanas e custam dezenas de milhares de dólares americanos.
Como os estudos com ratos “são muito caros e demorados”, diz Maya Ridinger, bióloga da Cardiff Oncology, uma empresa de biotecnologia com sede em San Diego, Califórnia, os cientistas podem investigar apenas um número limitado de compostos, doses e modelos. A Cardiff Oncology está trabalhando com o cc-TDI para testar o onvansertib, um medicamento projetado para tratar um câncer de fígado infantil chamado hepatoblastoma. “Acho que o sistema de ovo de codorna é uma grande oportunidade”, diz Ridinger.
Visão de missão
O trabalho de Rasmussen foi financiado por um proprietário de uma concessionária da John Deere que deu dinheiro para a cc-TDI depois de perder uma sobrinha com câncer infantil. A ligação com a John Deere foi coincidência, mas Keller tem um talento especial para reunir diversas pessoas para uma missão singular – levar drogas para testes de câncer pediátrico. Além de nutrir conexões com famílias e financiadores, Keller mantém laços estreitos com colaboradores farmacêuticos e grupos que realizam ensaios clínicos, para focar o trabalho pré-clínico do cc-TDI no que é potencialmente traduzível. “Você provavelmente não pode exagerar isso, porque estamos curando câncer em camundongos há muitos anos”, diz Douglas Hawkins, hematologista-oncologista pediátrico do Seattle Children’s, em Washington. Hawkins, que preside o Children’s Oncology Group, uma rede de ensaios clínicos financiada pelo governo federal que está realizando um dos ensaios cc-TDI, acrescenta:
Desde 2004, o Instituto Nacional do Câncer dos EUA financiou um programa de pesquisa pré-clínica para avaliar compostos – principalmente medicamentos farmacêuticos desenvolvidos anteriormente para câncer em adultos – para inclusão em testes de câncer pediátrico. Para o ciclo de financiamento de cinco anos que começou em julho de 2021, o Pediatric Preclinical In Vivo Testing Consortium (PIVOT) forneceu US$ 5 milhões por ano para um centro de coordenação e sete equipes de pesquisa para testar compostos específicos em modelos no laboratório. Entre mais de 140 medicamentos estudados pelo programa, apenas alguns passaram para testes clínicos, diz o oncologista pediátrico e diretor do PIVOT Malcolm Smith.
Na cc-TDI, Keller pretende superar essas probabilidades concentrando-se na diversidade da equipe e em sua crença de que um grande cientista pode vir de qualquer lugar.
Andy Woods, por exemplo, é um ex-empreiteiro de ladrilhos que deixou seu negócio e se mudou com a família para Oregon em 2017 para trabalhar na cc-TDI como associado de pesquisa sênior. Em outubro de 2021, ele publicou um artigo 3 sobre o câncer de rim de sua filha, o tumor de Wilms, descrevendo como ele e seus colegas usaram a genômica para identificar candidatos a medicamentos para um subtipo da doença que responde mal às terapias padrão.
Outra adição recente ao cc-TDI é Tim Brown, ex-vice-presidente da empresa de biotecnologia Genentech, com sede em South San Francisco, Califórnia. Em 2015, o filho de 20 anos de Brown morreu de distrofia muscular de Duchenne. Brown se conectou com Keller por meio de um assistente de pesquisa do cc-TDI que fazia parte da equipe que ajudou seu filho, então estudante da Universidade de Portland, a comer, vestir-se e tarefas diárias à medida que sua doença progredia. Brown começou a se voluntariar na cc-TDI em outubro passado para homenagear a memória de seu filho, aplicando sua experiência em cadeia de suprimentos e fabricação em projetos como automatizar o ensaio de ovos de codorna.
A equipe multidisciplinar e a cultura de inovação foram um grande atrativo, diz Brown. “Há uma conexão muito boa entre nós, que temos alguns anos de experiência em diferentes indústrias, e esses jovens cientistas.”
Ao lançar uma ampla rede, o instituto “foi, e sempre é, um experimento”, diz Keller. Seu conselho de administração júnior, que ajuda a planejar eventos locais e esforços de arrecadação de fundos, é aberto a jovens de 7 a 17 anos. Tem ex-vice-presidentes da fabricante de semicondutores Intel em seu conselho de administração. E hospeda ‘nanocursos’ anuais de verão, cursos intensivos de uma semana sobre os conceitos básicos de câncer infantil, desenvolvimento de medicamentos e ensaios clínicos, para treinar membros do público para fazer a ligação entre pesquisadores de câncer e a comunidade. “Esta é uma causa de base”, conclui Keller, “onde algumas pessoas que se preocupam muito com uma condição rara se reúnem porque são motivadas pela missão”.
