O efeito das nanopartículas nas plantas
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.
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
Nanocosméticos: da juventude perdida à cura da calvície
Nem só de doenças graves vive a nanobiotecnologia. Ela também pode estar a serviço da beleza. Sim, da beleza! Um dos grandes filões mercadológicos da nanotecnologia é a indústria cosmética. A empresa pioneira no uso de produtos nanotecnológicos para tornar a humanidade mais bela foi a L’Oreal, há mais de quinze anos. De fato, a empresa está entre as 10 com maior número de patentes nanotecnológicas nos Estados Unidos. Nanopartículas nos cremes podem aumentar a solubilidade do ativo e protegê-lo da degradação, além de aumentar sua aderência e liberá-lo lentamente na superfície da pele. No caso de rugas, as partículas poderiam se depositar em seus sulcos “escondendo-as”: as partículas espalhariam luz devido ao seu tamanho e não veríamos as sombras causadas pelas rugas – elas ficariam virtualmente invisíveis! Algumas empresas afirmam que seus nanocosméticos são capazes de penetrar nas camadas mais profundas da pele. Isso eu já acho meio controverso. Imagine a pele como um muro de tijolos, onde os tijolos são as células. Os espaços entre as células são de 15 nm. Para as nanopartículas passarem intactas pelos espaços de 15 nm (cada camada!), ou elas devem ser menores que 15 nm ou devem conseguir se “deformar” como gotas de óleo passando por furinhos. Em geral, as partículas para uso cosmético são maiores que 100 nm e sua composição não favorece muito essa “flexibilidade”.
No entanto, a pele é complexa: certas regiões apresentam pêlos ou cabelos, que nascem a partir do que os especialistas chamam de folículos capilares. Já foi demonstrado por cientistas que nanopartículas podem se acumular dentro dos folículos capilares. Isso poderia ser aplicado para tratar problemas específicos de cabelo e acne (porque a acne só surge nas regiões onde há esses folículos). Foi pensando nisso que uma empresa no Japão produziu partículas poliméricas de 200 nm para tratar calvície. Achei um vídeo bem didático no YouTube que explica como a coisa toda funciona. Se o tratamento é realmente eficaz para calvície, eu não sei, porque depende também da eficácia do ativo cosmético/dermatológico, de como ele é liberado da partícula e do estágio da calvície – mas pelo menos a propaganda é coerente com o que as nanopartículas podem fazer.
Infelizmente, o vídeo está em inglês e eu não sei inserir legenda – mas acho que as animações estão bem auto-explicativas.
(Só para ter um referencial de tamanho: um fio de cabelo humano tem diâmetro de cerca de 80000 nm…..)
(Só para ter um referencial de tamanho: um fio de cabelo humano tem diâmetro de cerca de 80000 nm…..)
Os aviões Stealth do nano(bio)mundo
(fonte: http://www.atfx.org/photos/f117a.jpg)
Aeronaves Stealth são aquelas capazes de refletir ou absorver ondas eletromagnéticas, o que as torna virtualmente invisíveis nos radares. Essa tecnologia foi muito importante durante a guerra do Golfo em 1991. E o que isso tem a ver com nanobiotecnologia? A princípio, nada. Mas os aviões Stealth (ou aviões furtivos, como quiserem) são uma boa ilustração para uma tecnologia de mesmo nome empregada para entregar fármacos no organismo. São as nanopartículas furtivas.
Nanopartículas “não-furtivas” são rapidamente atacadas pelo nosso sistema imunológico através de um processo chamado opsonização. Após esse ataque, elas são rapidamente eliminadas do organismo, como se fossem invasores perigosos (tais como bactérias, fungos, etc). Porém, as nanopartículas furtivas ficam invisíveis aos “radares” do sistema imunológico. O resultado é que elas ficam mais tempo circulando no sangue e, por isso, têm tempo de se acumular em certos alvos do organismo antes da sua eliminação. Alvos muito visados por razões óbvias são tumores. A estratégia Stealth é boa porque pode tornar o fármaco mais efetivo e pode reduzir os seus efeitos adversos. Para que uma nanopartícula seja furtiva, ela precisa ter polímeros hidrofílicos (com alta afinidade pela água) na sua superfície – se fossemos desenhá-las, elas seriam como “escovas” esféricas, onde esses polímeros hidrofílicos seriam as cerdas.
Isso tudo pode parecer algo de uma galáxia muito, muito distante…. Mas a realidade é que essas nanopartículas furtivas já estão disponíveis para quem quiser comprá-las! Um exemplo é o Doxil(R), indicado para tratar câncer de ovário e sarcoma de Kaposi, e comercializado pela Johnson&Johnson; com a seguinte propaganda: “First marketed product to incorporate STEALTH® technology“. O produto é composto por doxorrubicina (fármaco anticancerígeno) incorporado dentro de lipossomas com o polímero hidrofílico poli(etilenoglicol) na sua superfície. A empresa faturou U$ 82 milhões em 2000 com a venda do Doxil(R). Essa cifra subiu para U$ 533 milhões depois de apenas 5 anos !!!!
Nanopartículas furtivas podem ser uma grande viagem, mas também são um ótimo negócio.
(para quem quiser saber mais sobre nanopartículas furtivas e sua interação com o sistema imunológico, recomendo esse artigo publicado na Langmuir em 2006, por Zahr e col.)
Saiba o que é hipertermia magnética
Hipertemia significa elevação de temperatura. Essa estratégia vem sendo empregada há algumas décadas como alternativa para combater o câncer. Na hipertermia, o tumor é aquecido até cerca de 42oC, para que seja literalmente “queimado” porque as células tumorais são menos resistentes a aumentos bruscos de temperatura do que as células normais. O problema é que, mesmo assim, o tecido saudável ao redor do tumor pode ser queimado também – isso é um problema principalmente em locais de difícil acesso e, por isso, um controle fino do local a ser aquecido seria fundamental.
A possibilidade desse controle fino tornou-se mais concreta a partir dos anos 1980 devido a uma área aparentemente não-relacionada: a física de nanopartículas paramagnéticas. Essas nanopartículas respondem a um campo magnético externo, atuando como se fossem nanoímas. Surgiu daí a idéia de hipertermia magnética para combater o câncer. Nessa técnica, são utilizadas nanopartículas (em geral de magnetita) revestidas por materiais biocompatíveis, o que evita sua rejeição pelo organismo. Na superfície das nanopartículas são grudados anticorpos capazes de se ligar apenas ao tumor – dessa forma, as nanopartículas não se prendem a outras regiões do corpo, mas apenas ao tumor. O sujeito recebe uma injeção dessas nanopartículas na veia e entra numa câmara (no mesmo estilo daquelas de tomografia) onde é aplicado um campo magnético externo de frequência alternada. O campo magnético faz com que as nanopartículas presas às células cancerosas vibrem, criando um atrito que aumenta a temperatura e mata apenas as células cancerosas, sem prejuízo às células saudáveis.
Nano spaghetti com almôndegas
(One of three first place winners of the the Science as Art competition at the 2009 MRS Spring Meeting. Submitted by Blythe G. Clark, Sandia National Lab., and Dan Gianola, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH)Essa foto está na última Newsletter da Materials Research Society. É uma imagem obtida pela técnica de microscopia eletrônica de varredura, e colorizada depois para ficar “artístico”. O “spaghetti” da foto nada mais é que uma coleção de nanofibras de ouro com 100 nm de diâmetro. As “almôndegas” são feitas de partículas de silício, com diâmetro de cerca de 1,5 micrometro.
Na microscopia eletrônica de varredura, feixes de elétrons são emitidos por um filamento capilar de tungstênio e incidem sobre a amostra. O resultado que vemos é a transcodificação da energia emitida pelos elétrons em uma imagem que reflete a “topografia” da amostra.
Buon appetito !
Aos participantes da XXXV SAEF – UFRGS
Os slides da parte 6 do curso “Conceitos e Aplicações Farmacêuticas da Nanotecnologia”: “Funcionalização de Nanopartículas para Vetorização de Fármacos” estarão disponíveis no site para download até 05/06/2009. Depois desse período, quem tiver interesse em adquirir o material, por gentileza entre em contato comigo por e-mail ou solicite-o na área de comentários desse post.
(Para obter uma cópia do material, clique no link “SAEF 2009” abaixo e, na nova página que abrir, clique em “Get File”)
Obrigada pela participação!
Reeditado em 05/06/2009: link para download removido
Melanoma: um alerta a todos (PARTE II)
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
Melanoma: um alerta a todos (PARTE I)
(fonte: http://www.ilhagrande.org/Praia-Camiranga)Eu faço parte daquele grupo de pessoas que vai à praia e o máximo de cor que pega é o vermelho-pimenta…. Nunca liguei muito para o fato até que, no início desse ano, recebi um diagnóstico que me fez cair pra trás:
“A Sra. tem melanoma maligno, está indicado aqui na biópsia”.
“Caramba! Mas eu só tenho 28 anos, nem pego tanto sol assim, como é que pode?”
Tanto pode que aconteceu. E eu tive muita sorte de detectá-lo no início, porque o melanoma é o câncer de pele mais grave devido à sua alta possibilidade de metástase. E eu que achava que era só uma pinta….
“A Sra. tem melanoma maligno, está indicado aqui na biópsia”.
“Caramba! Mas eu só tenho 28 anos, nem pego tanto sol assim, como é que pode?”
Tanto pode que aconteceu. E eu tive muita sorte de detectá-lo no início, porque o melanoma é o câncer de pele mais grave devido à sua alta possibilidade de metástase. E eu que achava que era só uma pinta….
O melanoma tem origem em células da pele chamadas melanócitos. A função dos melanócitos é produzir melanina, o pigmento que dá à pele sua cor natural. Quando a pele é exposta ao sol, os melanócitos produzem mais pigmento para protegê-la dos raios ultravioleta. A melanina é uma espécie de filtro químico natural. É por isso que a exposição ao sol nos deixa bronzeados (quanto mais melanina a pessoa tem, mais bronzeada ela fica – o que não quer dizer que só as pessoas muito claras correm risco de desenvolver melanoma). O incrível é que o melanoma pode surgir em áreas de pele não-expostas ao sol (aliás, esse foi o meu caso).
De acordo com o site do INCA, órgão do Ministério da Saúde do Brasil, deve-se suspeitar da transformação de uma pinta em melanoma quando ocorre um aumento no seu tamanho e uma alteração na sua coloração e forma (ela passa a ter bordas irregulares). Quando há metástase, o melanoma é incurável na maioria dos casos. Porém, quando os melanomas são detectados no início, são curáveis. A cirurgia é o tratamento mais indicado. Nessa cirurgia, retira-se não só a lesão, mas um bom pedaço de pele ao redor, para garantir. É como queijo com fungo em uma das bordas. Para aproveitar o resto bom, tira-se o pedaço com fungos mais uma “margem de segurança”.
Fiquei pensando se não haveria alguma alternativa à cirurgia (imaginem, por exemplo, se o melanoma aparece no rosto – a cicatriz resultante não é nada legal) ou tratamentos mais efetivos para os casos mais graves e encontrei alguns estudos (ainda em fase inicial) interessantes sobre o uso de nanobiotecnologia para a cura do melanoma.
De acordo com o site do INCA, órgão do Ministério da Saúde do Brasil, deve-se suspeitar da transformação de uma pinta em melanoma quando ocorre um aumento no seu tamanho e uma alteração na sua coloração e forma (ela passa a ter bordas irregulares). Quando há metástase, o melanoma é incurável na maioria dos casos. Porém, quando os melanomas são detectados no início, são curáveis. A cirurgia é o tratamento mais indicado. Nessa cirurgia, retira-se não só a lesão, mas um bom pedaço de pele ao redor, para garantir. É como queijo com fungo em uma das bordas. Para aproveitar o resto bom, tira-se o pedaço com fungos mais uma “margem de segurança”.
Fiquei pensando se não haveria alguma alternativa à cirurgia (imaginem, por exemplo, se o melanoma aparece no rosto – a cicatriz resultante não é nada legal) ou tratamentos mais efetivos para os casos mais graves e encontrei alguns estudos (ainda em fase inicial) interessantes sobre o uso de nanobiotecnologia para a cura do melanoma.
(Continua no próximo post)
Adendo em 08/06/2009: para quem quiser saber mais sobre os efeitos do sol na pele, sugiro um post do excelente O Médico e o Paciente, da Iara Grisi
“O ciclo de notícias da ciência” (PHDComics)
Essa charge (muito boa!) é a última do PHD Comics (link na coluna ao lado). Essa é pra lembrar dos impactos do “telefone-sem-fio” na divulgação científica ….
Vale a pena conferir outras charges do Jorge Cham, o autor do PHDComics. Ele consegue pescar detalhes da vida acadêmica de uma maneira muito perspicaz.
Abraço a todos
O pulo-do-gato que permitiu curar câncer usando remédio para artrite
O trabalho ainda está no prelo, mas os resultados são tão bacanas que gostaria de dividir com vocês aqui no Bala Mágica. Não, essa não é uma ego trip. Os resultados são de uma colega de laboratório, a Andressa. O trabalho em questão junta gliomas (que são um tipo de câncer maligno do sistema nervoso central que atinge em geral adultos jovens e pode matar em poucos meses) e indometacina (uma molécula antiinflamatória indicada para artrite, presente em medicamentos como o Indocid). Essas duas coisas não tinham nada a ver uma com a outra in vivo. Até agora.
Já havia sido demonstrado antes que a indometacina poderia matar as células cancerosas responsáveis pelo glioma em plaquinhas no lab. No entanto, nunca se soube de ninguém que tenha tomado indometacina até hoje e tenha se curado dessa doença, que pode causar convulsões, dor de cabeça, vômitos em jato, parestesias e hemianospia.
O estudo em questão mostrou que, quando a indometacina é incorporada nessas nanocápsulas, ela adquire a capacidade de atravessar a barreira entre o sangue e o cérebro. Esse foi o pulo-do-gato. Ao chegar no cérebro de ratos, a indometacina nanoencapsulada causou uma redução no tamanho dos tumores cerebrais. A indometacina pura, ao contrário, não fez nem cócegas. O primeiro grupo de ratos, que recebeu as nanocápsulas, viveu muito mais tempo que os outros grupos. Hoje em dia, o tratamento quimioterápico de gliomas causa muito sofrimento aos pacientes e seus benefícios são mínimos. O que se faz é retirar o tumor com cirurgia para descomprimir o cérebro e aliviar a hipertensão intracraniana. O problema é que quase sempre é impossível retirar todas as células afetadas e o câncer volta. Esse estudo abre uma nova perspectiva de tratamento quimioterápico de gliomas sem efeitos colaterais mais graves (os efeitos colaterais seriam os mesmos que os de outros remédios contendo indometacina).
Parabéns aos autores pelo excelente trabalho!
Já havia sido demonstrado antes que a indometacina poderia matar as células cancerosas responsáveis pelo glioma em plaquinhas no lab. No entanto, nunca se soube de ninguém que tenha tomado indometacina até hoje e tenha se curado dessa doença, que pode causar convulsões, dor de cabeça, vômitos em jato, parestesias e hemianospia.
O estudo em questão mostrou que, quando a indometacina é incorporada nessas nanocápsulas, ela adquire a capacidade de atravessar a barreira entre o sangue e o cérebro. Esse foi o pulo-do-gato. Ao chegar no cérebro de ratos, a indometacina nanoencapsulada causou uma redução no tamanho dos tumores cerebrais. A indometacina pura, ao contrário, não fez nem cócegas. O primeiro grupo de ratos, que recebeu as nanocápsulas, viveu muito mais tempo que os outros grupos. Hoje em dia, o tratamento quimioterápico de gliomas causa muito sofrimento aos pacientes e seus benefícios são mínimos. O que se faz é retirar o tumor com cirurgia para descomprimir o cérebro e aliviar a hipertensão intracraniana. O problema é que quase sempre é impossível retirar todas as células afetadas e o câncer volta. Esse estudo abre uma nova perspectiva de tratamento quimioterápico de gliomas sem efeitos colaterais mais graves (os efeitos colaterais seriam os mesmos que os de outros remédios contendo indometacina).
Parabéns aos autores pelo excelente trabalho!
P.S.: Saliento que esse é um estudo em fase pré-clínica (ou seja, em animais). Ainda há muito chão antes de um medicamento como esse chegar ao mercado.
Glossário
Parestesias: são sensações subjetivas da pele (ex., frio, calor, formigamento, pressão, etc.) que são vivenciadas espontaneamente na ausência de qualquer estímulo externo.
Hemianospia: perda da visão em metade ou um quarto do campo visual.
Referencia:
Bernardi, A., Braganhol, E., Jäger, E., Figueiró, F., Edelweiss, M., Pohlmann, A., Guterres, S., & Battastini, A. (2009). Indomethacin-loaded nanocapsules treatment reduces in vivo glioblastoma growth in a rat glioma model Cancer Letters, 281 (1), 53-63 DOI: 10.1016/j.canlet.2009.02.018
