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Problemas de memória? Saiba como ter uma memória eterna…

Publicado 1 de set de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias nanomaquinas, nanoparticulas metalicas, nanotubos de carbono, Research Blogging

Você lembra daquele filme chamado Curso de Verão, que sempre passava na Sessão da Tarde? Não…? Então dê uma olhadinha numa das partes mais hilárias e confira se você já não passou por essa situação:

-“O que são ovos?”
-“Como a gente escreve gato?”
-“Eu não sei!”

Hahahaha, está bem, você nunca passou por algo assim, mas…

Que tal se existissem nanorrobôs capazes de alterar a memória das pessoas, fazendo com que elas nunca esquecessem de coisas pré-determinadas? Útil para uma prova? Perfeito para nunca mais esquecer os intermináveis aniversários que sua namorada insiste em lembrar? Assustador e forte indicativo de que o mundo vai acabar? Não, não se preocupe – estamos muuuuito longe de sequer pensar como isso poderia ser feito.

Mas de certa forma, a humanidade tem usado registros de memória há alguns milênios – papiros, livros, fitas cassete, DVDs! A equipe do professor Alex Zettl da Universidade de Berkeley (USA) criou um protótipo de memória digital formada por uma nanopartícula de ferro inserida dentro de um nanotubo de carbono. Quando eletricidade é fornecida ao sistema, a nanopartícula de ferro se desloca para um lado e para o outro no interior do nanotubo – os lados são o 0 e o 1 digitais do sistema binário.

“Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.”

De acordo com cálculos teóricos, esses dispositivos tem uma capacidade de armazenamento maior que 10^12 bits por polegada quadrada (o blogger não permite sobrescrito, então 10^12 quer dizer 10 seguido de 12 zeros) e uma duração infinita (um bilhão de anos pode ser considerado infinito nesse caso, não pode?)

Bem, a inovação não chega a ser um chip cerebral de memória cyberpunk à la Neuromancer, mas se pensarmos que há menos de uns 10 mil anos atrás o ser humano registrava suas memórias em paredes de cavernas, e que o DVD que usamos hoje não dura mais que uma geração, é uma avanço e tanto….

Begtrup, G., Gannett, W., Yuzvinsky, T., Crespi, V., & Zettl, A. (2009). Nanoscale Reversible Mass Transport for Archival Memory Nano Letters, 9 (5), 1835-1838 DOI: 10.1021/nl803800c

Nano-kit de análises clínicas

Publicado 18 de ago de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias cancer, diagnostico, luminescencia, Research Blogging

Analistas clínicos e biomédicos de todo o mundo, temei! Logo, logo a nanotecnologia invadirá os laboratórios! Que tal um kit de reação nanométrico muito mais sensível que os kits convencionais e que faz tudo praticamente sozinho?

Pois bem, foi pensando nisso que cientistas desenvolveram um método de imunoensaio por quimioluminescência para diagnosticar câncer baseado em nanotubos de carbono de múltiplas camadas contendo enzimas em sua superfície. Ufa! Parece complicado? Imagine o nanotubo com camadas tal qual uma cebola, onde enzimas estariam ligadas na superfície de cada uma das camadas. Foi mais ou menos isso que os cientistas construíram. A enzima depositada na superfície dessas camadas é chamada peroxidase (que é capaz de quebrar peróxidos, como a água oxigenada, cuja fórmula é H2O2). Em seguida, em cima disso tudo, foram depositados anticorpos (que corresponde ao Y da figura abaixo). Eis um esquema bem ilustrativo da coisa toda:

(créditos: Bi e col., 2009 – Biosensors and Bioelectronics)

Anticorpos também foram ligados na superfície de nanopartículas magnéticas. Na presença de uma proteína no soro que só existe quando a pessoa tem câncer (é o que chamamos de biomarcador), o nanotubo e a nanopartícula magnética se juntam e reações químicas passam a acontecer nesse sanduíche nanotecnológico. O nanotubo e a nanopartícula magnética são capazes de se juntar porque os anticorpos de ambos se ligam nessa proteína biomarcadora

No estudo em questão, os autores usaram como proteína marcadora a alfa-fetoproteína (AFP), que corresponde à bolinha azul no esquema acima. Quando uma mistura de H2O2, azul de bromofenol (um tipo de corante) e luminol (aquele mesmo, do seriado CSI) é adicionada ao soro do paciente com câncer e, nessa mistura, os nanotubos e as nanopartículas magnéticas são adicionados também, ocorre luminescência devido à ação da enzima peroxidase na superfície do nanotubo, que quebra a H2O2. Os produtos da quebra da H2O2 reagem com o luminol e o azul de bromofenol emitindo luz, mas só na presença de metal – no caso, a nanopartícula magnética. Se o paciente não tem câncer, seu soro não terá a proteína biomarcadora. Sem proteína biomarcadora não ocorre ligação da nanopartícula magnética com o nanotubo que contém a peroxidase. Portanto, sem proteína marcadora no soro não há emissão de luz.

Esse sanduíche nanotecnológico conseguiu detectar quantidades de proteína marcadora de câncer no soro que outros testes padrão (como o ELISA) não conseguiram. Pequeno tamanho, grande sensibilidade!

Bi, S., Zhou, H., & Zhang, S. (2009). Multilayers enzyme-coated carbon nanotubes as biolabel for ultrasensitive chemiluminescence immunoassay of cancer biomarker Biosensors and Bioelectronics, 24 (10), 2961-2966 DOI: 10.1016/j.bios.2009.03.002

Nanomáquinas: ficção científica ou realidade?

Publicado 20 de jul de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias nanomaquinas, Research Blogging

Agora que já justifiquei porque grey goo é só ficção, vou deixá-lo maluco (por pura diversão) ao afirmar que nanomáquinas existem. Sim, caro leitor, elas EXISTEM! De acordo com o nosso dicionário Aurélio (eu ainda gosto mais do Aurélio, amor antigo), máquina é um “aparelho ou instrumento próprio para comunicar movimento ou para aproveitar, por em ação ou transformar uma energia ou um agente natural”. Sacou? Embora máquinas sejam geralmente consideradas como produtos da mão humana, por que cargas d’água um sistema molecular complexo qualquer que se encaixe nessa definição não pode ser considerado uma máquina, mesmo que seja um produto da evolução natural e não da inteligência humana? Nesse contexto, organelas celulares (como a mitocôndria e o cloroplasto, por exemplo) são máquinas nanométricas excepcionais. E quando pensamos no pesadelo do “grey goo”, esquecemos que o surgimento da vida causou uma revolução na superfície da Terra em proporções ainda maiores (teria sido um “green goo”?). E como as nanomáquinas já existem desde que a vida surgiu – e nós somos produto dessa “nanotecnologia da mãe-natureza” -, elas podem servir de inspiração para desenharmos nanomáquinas artificiais com finalidades planejadas.

O problema nem é tanto construir a estrutura em si, mas fazê-la andar de forma autônoma. Isso exige que um combustível seja convertido em energia mecânica para que a máquina possa realizar trabalho. O combustível das nossas células é uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ou ATP, na sigla em inglês). A quebra de uma das ligações fosfato no ATP libera energia química. Essa energia química é utilizada, por exemplo, para contrair os nossos músculos, movimentar os flagelos de bactérias e espermatozóides e até realizar sinapses no cérebro (é daí que vem a expressão queimar fosfato, usada quando “pensamos muito”). A idéia do ATP como combustível inspirou pesquisadores da Pennsylvania State University, que desenvolveram nanomotores simples capazes de converter energia química – estocada em moléculas que atuam como “combustíveis” – em energia mecânica que gera movimento.

De forma resumida, eles construíram um cilindro feito de platina e outro, com dimensões de 2 micrômetros de altura por 370 nanometros de largura. Os cilindros usados eram assimétricos, ou seja, uma metade era composta por platina e a outra metade era de ouro. Os cilindros foram colocados em um tanque com água e peróxido de hidrogênio (ou água oxigenada, para os íntimos) e aí uma reação interessante aconteceu: na ponta do cilindro composta por platina, cada molécula de peróxido de hidrogênio foi quebrada em 1 molécula de oxigênio, 2 elétrons e 2 prótons; na outra ponta composta por ouro, os elétrons e prótons (que se moveram do lado platina para o lado ouro) se combinaram com uma molécula de peróxido de hidrogênio para formar 2 moléculas de água.

O oxigênio formado no lado de platina interrompeu a rede de ligações de hidrogênio da água, reduzindo sua tensão interfacial líquido-vapor. Como o oxigênio foi gerado apenas em um dos lados do cilindro, um gradiente de tensão interfacial foi criado , gerando uma turbulência na água que estava ao redor do cilindro (ou seja, a diferença de tensão interfacial entre a água ao redor de uma ponta e da outra do cilindro fez com que a água fluísse de um lado para o outro). O fluxo da água foi empurrando o cilindro – no fim das contas, a energia química liberada na quebra do peróxido de hidrogênio em oxigênio, prótons e elétrons foi a fonte energética da propulsão dessa nanomáquina. Conforme o cilindro se movia, o gradiente era continuamente restabelecido porque mais oxigênio era continuamente formado a partir de novas moléculas de peróxido de hidrogênio – e a cada geração de oxigênio, o cilindro era empurrado mais um pouco. É claro que o movimento resultante foi aleatório, mas o estudo já é um ponto de partida interessante para desenvolvermos nanomáquinas capazes de movimento autônomo para finalidades específicas. No futuro, a molécula usada como “combustível” provavelmente não será peróxido de hidrogênio, se pensarmos em aplicações biológicas – mas a glicose pode muito bem ser utilizada, tal qual já é pelas nossas células. Quanto à não-aleatoriedade do movimento, o próprio grupo vem estudando alternativas, como o uso do magnetismo.

Referência:

Paxton, W., Kistler, K., Olmeda, C., Sen, A., St. Angelo, S., Cao, Y., Mallouk, T., Lammert, P., & Crespi, V. (2004). Catalytic Nanomotors: Autonomous Movement of Striped Nanorods Journal of the American Chemical Society, 126 (41), 13424-13431 DOI: 10.1021/ja047697z

Nanopartículas que emitem luz – parte III

Publicado 12 de jul de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias diagnostico, luminescencia, quantum dots, Research Blogging

É incrível como um assunto puxa o outro. Começamos discutindo um experimento de fotoquímica que vi no Museu de Ciência e Tecnologia da PUC-RS e terminamos falando em quantum dots e suas aplicações no diagnóstico de doenças. No entanto, se você é atento reparou que os estudos sobre aplicação de quantum dots na área médica tratados no último post foram feitos in vitro – ou seja, com o material biológico isolado do seu “dono”. Pois hoje trago estudos sobre a aplicação de quantum dots in vivo.

Pode não parecer, mas estudos in vivo envolvendo quantum dots são coisa rara e por isso justificam esse post à parte. Há certas controvérsias sobre o assunto que talvez expliquem essa escassez de estudos:

I. Os complexos de quantum dots podem causar reações alérgicas perigosas.
II. Os materiais usados na sua composição podem ser tóxicos.
III. O tamanho dos complexos de quantum dots é superior ao necessário para a eliminação pelos rins – isso faz com que eles sejam eliminados pelo fígado, que é particularmente sensível à toxicidade do cádmio (um dos elementos mais comuns na fabricação de quantum dots).

Ainda há muitos testes a se fazer antes de considerar os quantum dots passíveis de uso em larga escala para diagnóstico in vivo. E eles precisam ser feitos, porque a idéia é boa. Um exemplo é um estudo publicado no PNAS em 2002. Os autores avaliaram a possibilidade de direcionar quantum dots para um alvo específico no organismo in vivo. Para isso, quantum dots de seleneto de cádmio recoberto com sulfeto de zinco foram revestidos com três diferentes peptídeos e injetados em camundongos. Um dos três peptídeos levou os quantum dots aos pulmões de camundongos em maior quantidade que em outros locais do organismo. Os outros dois peptídeos direcionaram os quantum dots a sítios vasculares contendo tumores (tais como veias sanguíneas e rede linfática). No entanto, além desses alvos, os quantum dots também se acumularam no fígado e no baço dos animais devido à captura pelo sistema monocítico fagocitário, que é responsável por eliminar qualquer corpo estranho que se introduza no organismo. Uma forma de “enganar” o sistema monocítico fagocitário é revestir a nanopartícula com PEG (olha aí novamente os aviões Stealth do nanobiomundo!). O revestimento com PEG reduziu bastante o acúmulo dos quantum dots no fígado e baço sem alterar o acúmulo nos sítios-alvo desejados.

(fonte: Akerman e col., 2002)

A injeção de marcadores radioativos (como tecnécio-99m) e corante azul permite a detecção do primeiro gânglio do sistema linfático que drena um tumor, o qual é conhecido como linfonodo sentinela. Essa técnica de análise do linfonodo sentinela é muito utilizada em casos de melanoma, câncer de colon e câncer de mama e permite identificar, já na própria sala cirúrgica, se a base linfática mais próxima do tumor foi ou não acometida por metástase. Isso evita que toda a base linfática em questão seja retirada desnecessariamente. Pesquisadores dos Estados Unidos e Coréia demonstraram que quantum dots com emissão de radiação na faixa do infravermelho podem ser uma alternativa vantajosa aos tradicionais marcadores de linfonodo sentinela. O teste foi feito em camundongos e em porcos. O uso de quantum dots minimizou o tamanho do corte na pele para encontrar o linfonodo porque a emissão de radiação infravermelha resultou em uma imagem em tempo real antes do corte ser feito, a qual foi utilizada pelo cirurgião como um guia (não coloquei a imagem aqui em respeito às pessoas mais sensíveis, mas quem tiver interesse em ver a fluorescência no infravermelho em porcos in vivo, clique aqui). Já os tradicionais marcadores radioativos são detectados através de um gama-probe, que dá um sinal sonoro, e o corante azul é visualizado apenas após o corte. Outra vantagem apontada pelo estudo foi que, após a retirada do linfonodo, o cirurgião pôde inspecionar o local da cirurgia com alta sensibilidade para se assegurar de que todo o tecido linfático marcado foi retirado do organismo. Além disso, foi mais fácil para o patologista identificar o linfonodo sentinela dentro do tecido linfático removido. Por fim, o tamanho ótimo dos quantum dots fez com que eles não fluíssem para além da região do linfonodo sentinela.

Embora o assunto possa render ainda muitos posts por ser bastante amplo, encerro por aqui essa trilogia sobre o uso de quantum dots na área médica. Provavelmente ainda falarei deles no futuro. Obrigada por ter me acompanhado até aqui.

Abraços quânticos!

Referências:

Jamieson, T., Bakhshi, R., Petrova, D., Pocock, R., Imani, M., & Seifalian, A. (2007). Biological applications of quantum dots Biomaterials, 28 (31), 4717-4732 DOI: 10.1016/j.biomaterials.2007.07.014

Akerman, M. (2002). Nanocrystal targeting in vivo Proceedings of the Nati
onal Academy of Sciences, 99 (20), 12617-12621 DOI: 10.1073/pnas.152463399

Kim, S., Lim, Y., Soltesz, E., De Grand, A., Lee, J., Nakayama, A., Parker, J., Mihaljevic, T., Laurence, R., Dor, D., Cohn, L., Bawendi, M., & Frangioni, J. (2003). Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping Nature Biotechnology, 22 (1), 93-97 DOI: 10.1038/nbt920

Nanopartículas que emitem luz – parte II

Publicado 8 de jul de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias diagnostico, luminescencia, quantum dots, Research Blogging

No post anterior comentei sobre como funciona a fosforescência e a fluorescência e contei que nanopartículas luminescentes podem ser utilizadas para diagnosticar doenças. A questão é que eu não contei COMO elas fazem isso. Para começar, vamos dar nome aos bois. As nanopartículas luminescentes às quais me refiro são conhecidas como pontos quânticos (ou quantum dots, em inglês). Elas nada mais são que nanocristais de materiais semicondutores, tais como sulfeto de cádmio (que é um pigmento laranja). Não é a toa que os chamamos de PONTOS – seu tamanho está na faixa de 1 a 20 nm (o que é bem menor que o vírus da influenza A, por exemplo). Nos nanocristais, mais de 70 % dos átomos estão na sua superfície, coisa que não acontece na macroescala. Esse fato muda a forma como as transições eletrônicas (ou seja, o afastamento e a reaproximação dos elétrons em relação ao núcleo dos átomos) ocorrem no semicondutor. É por isso que sulfeto de zinco em pó (que é preto) não é capaz de emitir luz, mas nanocristais de sulfeto de zinco emitem luz que é uma beleza! O mais legal é que a cor da luz emitida depende de como as transições eletrônicas ocorrem e, portanto, varia conforme o tamanho da partícula. As transições eletrônicas também dependem do tipo de semicondutor utilizado. Considerando isso tudo, fica claro que as propriedades ópticas do quantum dot podem ser alteradas conforme a necessidade mudando-se seu tamanho e o material que compõe sua superfície. É praticamente uma engenharia na nanoescala!

EMISSÃO DE LUMINESCÊNCIA DE SOLUÇÕES DE QUANTUM DOTS DE CdSe/ZnS. O TAMANHO AUMENTA DE 2 A 6 nm DA ESQUERDA PARA A DIREITA

(Fonte: Tomzak e colaboradores, 2009).

Quantum dots podem ser utilizados como sensores químicos para detectar microrganismos patogênicos e toxinas. Quantum dots ligados a anticorpos foram capazes de detectar os microrganismos Cryptosporidium parvum e Giardia lamblia em água. A figura abaixo mostra a cor verde emitida pelos quantum dots ligados a C. parvum e a cor vermelha emitida por aqueles ligados a G. lamblia. A vantagem desses quantum dots frente aos corantes tradicionais é que eles podem ser empregados para qualquer tipo de microrganismo com alta especificidade e são menos susceptíveis a interferentes.

(Fonte: Zhu e colaboradores, 2004)

Quantum dots ligados a oligonucleotídeos podem reconhecer sequências-alvo no DNA. Dessa forma, a identificação de sequências-alvo específicas no material genético foi feita empregando-se combinações de quantum dots de diferentes cores e com capacidade de emitir luz em diferentes intensidades para cada cor. Usando 6 cores e 10 intensidades, é possível obter um milhão de combinações! A identificação de certos alvos na estrutura do material genético poderia permitir o diagnóstico de doenças decorrentes de mutações, tais como certos cânceres. Há potencial na idéia, mas para isso é fundamental ter à disposição uma biblioteca de ligantes (oligonucleotídeos ou anticorpos) capazes de reconhecer os alvos específicos na estrutura do DNA.

O uso dos quantum dots para medir a atividade de certas enzimas é outra aplicação interessante na área de diagnóstico. Quantum dots foram ligados a um oligopeptídeo, que por sua vez foi marcado com rodamina (um corante fluorescente tradicional). Na presença de proteases (enzimas que quebram peptídeos) ocorreu a quebra do oligopeptídeo que unia o quantum dot e a rodamina. Isso alterou a cor do quantum dot, que passou de laranja a verde. Se não houvesse proteases na amostra, a cor do quantum dot não se alteraria. Quanto maior a concentração de protease, maior a intensidade da cor verde. O tipo de oligopeptídeo usado é escolhido em função da enzima específica que se quer detectar (porque essa quebra é altamente seletiva). Com esse teste, os autores puderam diferenciar células normais de células de câncer de mama in vitro em menos de 15 min, porque a atividade de proteases em células cancerosas é maior que em células normais.

Achou bacana? Pois saiba que ainda não acabou. Tem mais sobre quantum dots aplicados à área médica no próximo post!

(Continua no próximo post)

Referências:

Tomczak, N., Jańczewski, D., Han, M., & Vancso, G. (2009). Designer polymer-quantum dot architectures Progress in Polymer Science, 34 (5), 393-430 DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2008.11.004

Han, M., Gao, X., Su, J., & Nie, S. (2001). Quantum-dot-tagged microbeads for multiplexed optical coding of biomolecules Nature Biotechnology, 19 (7), 631-635 DOI: 10.1038/90228

Zhu, L., Ang, S., & Liu, W. (2004). Quantum Dots as a Novel Immunofluorescent Detection System for Cryptosporidium parvum and Giardia lamblia Applied and Environmental Microbiology, 70 (1), 597-598 DOI: 10.1128/AEM.70.1.597-598.2004

Shi, L., De Paoli, V., Rosenzweig, N., & Rosenzweig, Z. (2006). Synthesis and Application of Quantum Dots FRET-Based Protease Sensors Journal of the American Chemical Society, 128 (32), 10378-10379 DOI: 10.1021/ja063509o

Terapia gênica e nanotecnologia juntas no combate ao diabetes tipo 1

Publicado 25 de jun de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias nanomedicamentos, nanotubos de carbono, Research Blogging, vetorizacao

Saiu esse ano na Bioconjugate Chemistry: nanotubos de carbono revestidos com PEG, um polímero hidrofílico (lembra dos Aviões Stealth do Nanobiomundo?), foram capazes de levar oligonucleotídeos antisense até linfócitos T. Lá dentro da célula, esses oligonucleotídeos antisense “nocautearam” um gene (PTPN22) que está relacionado ao desenvolvimento de diabetes tipo 1 e outras doenças autoimunes. Seria a solução tão esperada pelos portadores de diabetes?

A resposta começa nos próprios oligonucleotídeos antisense (ou anti-sentido, como já vi em alguns trabalhos em português).

Essa pequena sequência sintética de ácidos nucleicos pode bloquear a expressão de um gene específico porque é feita para se ligar de forma complementar ao RNAm (que seria a sequência sense, ou sentido) produzido por um gene específico. Quando ocorre essa ligação entre o RNAm e o oligonucleotídeo antisense, o RNAm é inativado. Se não há mais RNAm ativo para informar qual é a sequência correta de aminoácidos a ser sintetizada pelo organismo, a proteína em questão não é produzida. No caso do estudo discutido aqui, essa proteína é um inibidor da ativação de linfócitos T – uma mutação no gene PTP N22 produz um inibidor muito mais potente de linfócitos T que o normal. O crescimento e ativação reduzidos de linfócitos T em comparação ao normalmente observado são fatores que predispõem a diabetes tipo 1 e outras doenças autoimunes, como artrite reumatóide. Por isso, seria bem interessante inibir esse gene em caso de mutação. O problema é que os oligonucleotídeos antisense são muito sensíveis a certas enzimas chamadas nucleases, presentes tanto nas células quanto em meios de cultura e soro. Além disso, devido à sua carga elétrica negativa, dificilmente atravessam a membrana celular (que também tem carga elétrica negativa) – e eles precisam entrar na célula para funcionar!

É por isso que vários laboratórios desenvolveram oligonucleotídeos antisense modificados, com maior resistência às nucleases e/ou com características moleculares que aumentam sua penetração nas células. Outra estratégia (que é a usada nesse estudo) é usar nanotecnologia para inserir a sequência antisense (sem essas modificações) dentro da célula. Os autores usaram nanotubos de carbono-PEG. O PEG serve para aumentar o tempo de circulação da nanopartícula no organismo (do contrário, ela seria rapidamente eliminada). Já o nanotubo de carbono foi uma escolha estratégica. Devido ao seu comprimento ser maior que sua altura, foi possível aproveitar uma grande extensão de sua superfície para ligar mais de um oligonucleotídeo por nanotubo. O nanotubo entrou nos linfócitos T e, apenas dentro das células, liberou os oligonucleotídeos por causa da quebra de ligações chamadas dissulfeto, que prendiam quimicamente o nanotubo e os oligonucleotídeos.

(crédito: Delogu e col., Bioconjugate Chemistry 2009)

Esses resultados são muito interessantes. Mas….. será que a cura através da terapia gênica unida à nanotecnologia é concreta para os diabéticos? Eu acho que HOJE ainda não é. Esse estudo, por exemplo, foi feito em cultura de células e muitas vezes os resultados positivos in vitro não são significativos quando testados em humanos. Além disso, há um elevadíssimo custo se pensarmos na produção em massa desses nanotubos ligados aos oligonucleotídeos – muitas vezes, esse fator é o que torna inviável a comercialização de muitas estratégias terapêuticas interessantes. Outro ponto importante é o risco do uso de nanotubos de carbono em humanos. Um estudo de 2003 publicado na Nano Letters já havia mostrado por simulações de dinâmica molecular que DNA pode se inserir de forma espontânea dentro de nanotubos de carbono em meio aquoso – não vou negar que isso faz pensar a respeito de como nanotubos de carbono vazios poderiam interagir com o nosso próprio DNA…. .

(crédito: Gao e col., NanoLetters 2009)

No entanto, não sou pessimista – acho que muita coisa vai mudar nas próximas décadas. O FDA já aprovou um fármaco antisense, o fomivirsen (Vitravene®), para tratamento de citomegalovirus. Não é encapsulado em nanopartículas, mas apresenta uma modificação na sua estrutura que o torna resistente à degradação pelas nucleases. A própria nanotoxicologia é um campo em expansão. Se não é uma possibilidade concreta para os pacientes hoje (até por uma questão econômica), acho que a união da terapia gênica e da nanotecnologia tem tudo para tornar a vida das pessoas muito melhor nas próximas gerações.

OBS.: O que está em vermelho foi adicionado em 26/07/09 (23h12min) para tornar o texto mais claro.

Delogu, L., Magrini, A., Bergamaschi, A., Rosato, N., Dawson, M., Bottini, N., & Bottini, M. (2009). Conjugation of Antisense Oligonucleotides to PEGylated Carbon Nanotubes Enables Efficient Knockdown of PTPN22 in T Lymphocytes Bioconjugate Chemistry, 20 (3), 427-431 DOI: 10.1021/bc800540j
Gao, H., Kong, Y., Cui, D., & Ozkan, C. (2003). Spontaneous Insertion of DNA Oligonucleotides into Carbon Nanotubes Nano Letters, 3 (4), 471-473 DOI: 10.1021/nl025967a

Gregos e troianos no nano(bio)mundo

Publicado 21 de jun de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias cancer, nanoparticulas metalicas, Research Blogging, vetorizacao

Diz a lenda que a mulher mais bela do mundo era Helena, esposa de Menelau, rei de Esparta. Quando Páris, príncipe de Tróia, foi a Esparta em missão diplomática, apaixonou-se por Helena e ambos fugiram para Tróia, enfurecendo Menelau (quem não se enfureceria no lugar dele, não é mesmo?). Para pegá-la de volta, os gregos resolveram atacar Tróia. Porem, a cidade só foi tomada graças a um artifício bolado por Ulisses, que fazia parte do exército grego: fingindo ter desistido da guerra, os gregos deixaram “para trás” um enorme cavalo de madeira, que os troianos decidiram levar para o interior de sua cidade, como símbolo de sua vitória. À noite, quando todos dormiam, os soldados gregos que se escondiam dentro da estrutura oca de madeira do cavalo saíram e abriram os portões para que todo o exército invadisse a cidade. Apanhados de surpresa, os troianos foram vencidos e a cidade incendiada.

(história contada na Ilíada, de Homero)

No nano(bio)mundo, também podemos ter soldados, Tróia e um cavalo oco que pode ser um presente de grego… Acha que eu agitei demais no fim-de-semana e estou escrevendo delírios aqui? Na, na, não… Provo para você! Pesquisadores nos Estados Unidos deram uma de Ulisses e usaram um cavalo de Tróia celular para liberar nanopartículas (os soldados) em tumores. Os cavalos foram os monócitos, que são células brancas do sangue responsáveis por eliminar corpos estranhos do organismo. Quando há tumores malignos, os monócitos correm para lá. Passando do sangue ao tumor, os monócitos se transformam em macrófagos e são “educados” a promover a progressão do tumor (é o que chamamos de infiltrado, e que leva a um prognóstico que não é dos melhores). Como ficou evidente, o tumor é Tróia nessa história toda.

Os autores prepararam nanopartículas de cerca de 60 nm, compostas por um núcleo de sílica revestido com ouro. Essas nanopartículas podem absorver luz no infravermelho próximo, gerando calor que mata as células (um efeito semelhante à hipertermia magnética). Um tumor esferóide de células mamárias malignas foi usado como modelo in vitro do estudo. Esse tumor foi incubado com macrófagos e com nanopartículas de ouro. Paralelamente, um tumor incubado apenas com macrófagos foi usado como controle. A fagocitose das nanopartículas de ouro pelos macrófagos, bem como a infiltração dos macrófagos para dentro do tumor foram monitorados por microscopia de transmissão de luz. Os tumores foram irradiados com luz infravermelha e os macrófagos (contendo as nanopartículas) que chegaram no microambiente hipóxico do tumor foram mortos, juntamente com células tumorais das redondezas. Nada aconteceu com o tumor controle. Esse resultado foi visualizado através de uma técnica chamada microscopia confocal, onde imagens tridimensionais de materiais contendo corantes fluorescentes são obtidas. Na figura abaixo, fica fácil entender a analogia da estratégia explicada acima com a história que Homero escreveu por volta do séc. VIII a.C.

(CRÉDITO: Choi e colaboradores, Nano Letters, 7, 3759-3765, 2007)

De acordo com os autores, essa estratégia pode ser útil para uma série de sistemas de liberação de fármacos, e não apenas nanopartículas de ouro. O mais interessante nessa guerra de Tróia biológica é que o ativo (nesse caso, as nanopartículas) não é tóxico para o organismo até chegar no tumor, o que reduz drasticamente os seus efeitos adversos sem comprometer sua eficácia.

Choi, M., Stanton-Maxey, K., Stanley, J., Levin, C., Bardhan, R., Akin, D., Badve, S., Sturgis, J., Robinson, J., Bashir, R., Halas, N., & Clare, S. (2007). A Cellular Trojan Horse for Delivery of Therapeutic Nanoparticles into Tumors Nano Letters, 7 (12), 3759-3765 DOI: 10.1021/nl072209h

Bala Mágica no Research Blogging (em português!!)

Publicado 17 de jun de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias Research Blogging

O Bala Mágica começou como uma forma de trazer à sociedade informações sobre nanotecnologia aplicada à saúde, de uma forma mais leve, em português e – principalmente – vinda de fontes confiáveis. Por se tratar de temática relativamente recente, a base da maioria das informações no Bala Mágica é a literatura científica especializada. Citar as fontes primárias é uma política deste blog desde seu nascimento. Por tudo isso, fico muito feliz em participar do Research Blogging!

O Research Blogging é uma organização criada por blogueiros e para blogueiros que tratam de pesquisas científicas revisadas por pares. A coisa funciona assim: os autores recebem um selinho que pode ser aplicado em seus respectivos blogs a fim de indicar quando o post se refere a uma pesquisa revisada por pares que foi lida e analisada minuciosamente.

O mais legal disso tudo é que agora temos uma comunidade do Research Blogging em língua portuguesa!!! Pela iniciativa desse projeto, gostaria de parabenizar o Atila Iamarino e os demais colaboradores voluntários responsáveis por monitorar os artigos que vão pra o ResearchBlogging.org (trabalho hercúleo!).

Então, a partir de agora, todos os posts do Bala Mágica que tratarem sobre um artigo científico específico e que tiverem o selinho também estarão na página do Research Blogging.

Se você também tem um blog sobre pesquisa científica, não deixe de acessar o site da comunidade em português [aqui] para inscrevê-lo!

P.S.: Aos meus colegas químicos que tanto tem me ensinado sobre essa ciência fascinante, parabéns!

Dia 18 de junho – dia do químico.

O efeito das nanopartículas nas plantas

Publicado 8 de jun de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias ambiente, Research Blogging, seguranca, toxicidade

Em homenagem ao encerramento da Semana do Meio Ambiente, esta será uma postagem sobre os efeitos tóxicos de nanopartículas insolúveis (que não se desintegram no organismo) nas plantas terrestres. Nanopartículas insolúveis incluem fulerenos (presentes em alguns cremes cosméticos vendidos em certos países), nanopartículas de óxidos metálicos (como o óxido de zinco, usado em filtros solares) e nanotubos de carbono. Justifico a escolha desse assunto por três motivos:
1) plantas são importantes receptores ecológicos, e várias plantas terrestres fazem parte da nossa cadeia alimentar;
2) ainda há poucos estudos sobre os efeitos positivos e negativos de nanopartículas em plantas superiores; e
3) a Comissão Européia em 2007 sugeriu que a segurança das nanopartículas insolúveis deve ser avaliada a partir de uma descrição detalhada de todo o seu “ciclo de vida” no ambiente.

Um estudo feito pelo grupo do Prof. Baoshan Xing – Department of Plant, Soil & Insect Sciences at the University of Massachusetts, USA – mostrou que nanopartículas de óxido de zinco inibiram a germinação das sementes e o crescimento das raízes de centeio. Zinco é um elemento essencial aos seres vivos, mas é tóxico em altas concentrações. Os motivos da toxicidade dessas nanopartículas ainda não estão muito claros – mas como demonstrado nesse estudo, a toxicidade não veio da sua degradação em zinco elementar nas plantas, mas sim da sua aderência na superfície das raízes. É interessante notar que a toxicidade foi devida não ao excesso de zinco, mas sim ao fato do zinco estar nanoestruturado. Já foi discutido antes aqui no Bala Mágica que nanopartículas de óxido de zinco podem fazer “buracos” na membrana de micróbios. Talvez possa-se especular que a causa da toxicidade de nanopartículas de óxido de zinco em plantas esteja relacionada a algo dessa natureza.

Inibição do crescimento das raízes em sementes de canola, causada por nanopartículas de zinco e de óxido de zinco (fonte: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=1677.php)

Mas nem tudo é terra devastada para as plantas…. Foi demonstrado (aqui) que nanopartículas de dióxido de titânio promoveram a fotossíntese e o metabolismo do nitrogênio em espinafres, favorecendo seu crescimento. Nanopartículas de óxido de alumínio (aqui) não afetaram o crescimento de uma variedade de feijões vermelhos, apesar de ter inibido o crescimento da raiz de cinco outras espécies de plantas (milho, pepino, soja, cenoura e repolho). No entanto, concentrações extremamente altas foram necessárias para causar esse estrago.

A conclusão por enquanto é de que, quando se trata de nanopartículas insolúveis, realmente cada caso é um caso. Como eu já havia me manifestado aqui nesse blog, não sou contra a produção desses nanomateriais. Pelo contrário! Acho que poderemos ter muitos ganhos com eles. No entanto, isso não significa virar as costas para o ambiente. É fundamental que marcos regulatórios sejam definidos pelos governos o mais rapidamente possível e protocolos responsáveis de descarte desses materiais sejam adotados pelas indústrias. A realidade é que, no fim das contas, a decisão final é do consumidor: a responsabilidade ambiental precisa fazer diferença na hora de decidir pelo produto da marca A ou da marca B. É por isso que as pessoas precisam saber o que estão consumindo. E você, está preparado para decidir?

Lin, D., & Xing, B. (2008). Root Uptake and Phytotoxicity of ZnO Nanoparticles Environmental Science & Technology, 42 (15), 5580-5585 DOI: 10.1021/es800422x

Melanoma: um alerta a todos (PARTE II)

Publicado 26 de maio de 2009

Escrito por Fernanda Poletto

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Categorias cancer, Research Blogging, vetorizacao

Como eu já havia contado no post anterior, o melanoma é um câncer de pele dos mais letais e seu tratamento nas fases iniciais é cirúrgico. Nos seus estágios avançados, o tratamento é limitado à quimioterapia e à radioterapia. A quimioterapia em particular tem limitações devido à sua falta de seletividade e toxicidade severa. Isso remete à uma frase dita pelo pesquisador Chun Li , do University of Texas M.D. Anderson Cancer Center:

“A vetorização ativa de nanopartículas em tumores é o santo graal da nanotecnologia terapêutica para o câncer“.

Eu concordo com ele. A vetorização ativa de nanopartículas é uma das estratégias que mais se aproxima do ideal da Bala Mágica de Paul Erlich. Nessa estratégia, a nanopartícula é decorada (é esse mesmo o termo) com anticorpos, pequenas moléculas, etc, na sua superfície. Depois de administradas no organismo, essas nanopartículas se acumulam no sítio-alvo (no caso, o tumor), liberando o fármaco apenas ali, tal como um míssil teleguiado. Imaginem o impacto disso: se o fármaco fica apenas no tumor e não se espalha por outras regiões do organismo (como a quimioterapia usual), os efeitos colaterais que o paciente sofre são grandemente diminuídos.

Chun Li e colaboradoradores construíram nanopartículas de ouro e equiparam-nas com um peptídeo na sua superfície capaz de encontrar células de melanoma. Ao encontrar a célula de melanoma, a partícula é engolida pela célula e (literalmente) cozinha o tumor quando esse é exposto à luz infravermelha (que pode ser sentida como calor). O estudo foi feito em camundongos.

Um estudo menos recente, mas nem por isso menos interessante, foi realizado por pesquisadores do mesmo centro. Eles mostraram que um receptor particular de trombina (uma proteína do sangue) está presente em grande quantidade em células de melanoma. Quando ativado, esse receptor facilita as coisas para que ocorra metástase. Os pesquisadores prepararam lipossomas contendo um tipo de RNA capaz de impedir que a célula produza esse receptor (para saber mais sobre lipossomas, clique aqui). O lipossoma serviu ao seu propósito e liberou o RNA são e salvo no local do tumor. O crescimento do melanoma foi inibido e a incidência de metástases foi reduzida. Esse estudo também foi feito em camundongos.

Aliás, já disse alguém que se fossemos camundongos não morreríamos nunca, de tanto que já se estudou a cura de doenças nesses animais…..

É claro que esses ainda são só dois exemplos de estudos acadêmicos, mas quem sabe a próxima geração possa aproveitar os frutos da nanobiotecnologia e não precise passar por uma cirurgia de remoção do melanoma como a que me submeti, ou mesmo à severidade da quimioterapia tradicional em casos mais graves.

Lu, W., Xiong, C., Zhang, G., Huang, Q., Zhang, R., Zhang, J., & Li, C. (2009). Targeted Photothermal Ablation of Murine Melanomas with Melanocyte-Stimulating Hormone Analog-Conjugated Hollow Gold Nanospheres Clinical Cancer Research, 15 (3), 876-886 DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-08-1480

Villares, G., Zigler, M., Wang, H., Melnikova, V., Wu, H., Friedman, R., Leslie, M., Vivas-Mejia, P., Lopez-Berestein, G., Sood, A., & Bar-Eli, M. (2008). Targeting Melanoma Growth and Metastasis with Systemic Delivery of Liposome-Incorporated Protease-Activated Receptor-1 Small Interfering RNA Cancer Research, 68 (21), 9078-9086 DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-2397

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Meu nome é Fernanda Poletto, sou farmacêutica com doutorado em química pela UFRGS. Há 8 anos observo o nano(bio)mundo, esse lugar estranho. Aqui há coisas tão pequenas que ninguém enxerga, mas todo mundo vê: o protetor solar é transparente, a quimioterapia não dá enjoo e o remédio que se toma dura muito mais no corpo. “Como costumava dizer meu pai, ser muito pequeno às vezes pode ser muito bom" (sim, Asimov também já andou por essas paragens). Eis o que eu acho fascinante: no nano(bio)mundo tudo é pequeno, mas aqui o ser humano pode se tornar gigante.

Seja bem-vindo.

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