Nanopartículas e micróbios: um preço ecológico a pagar?

Publicado 17 de maio de 2009
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Categorias ambiente, antimicrobiano, nanocosmeticos

Pesquisadoras da University of Toledo, nos Estados Unidos, descobriram que nanopartículas de dióxido de titânio, adicionadas em alguns cosméticos e protetores solares, causam danos ao meio ambiente. O dióxido de titânio (TiO2) é um conhecido e eficaz filtro físico de protetores solares. Ele é capaz de espalhar parte da radiação solar (dúvidas? ler o post sobre espalhamento de luz), impedindo assim sua absorção pela pele. Ao contrário dos protetores solares tradicionais, que contem TiO2 microparticulado e deixam a pele esbranquiçada, esses novos protetores deixam uma película transparente na pele por conterem TiO2 nanométrico. A vantagem aqui é principalmente estética, porque ninguém gosta de passar protetor solar e ficar com aquela camada “branquinha” sobre o corpo. No entanto, depois de ser lavadas da pele, essas nanopartículas acabam parando nos mananciais. As pesquisadoras expuseram colônias de Escherichia coli (um tipo de bactéria comum em dejetos) a nanopartículas de dióxido de titânio e verificaram uma queda drástica no número de bactérias presentes ali, isso em menos de 1h. A morte desses microrganismos ocorreu porque as nanopartículas danificaram a membrana externa das bactérias (as bactérias literalmente “explodiram”).

Eu gostaria de salientar aqui algo importante: qualquer material que tenha atividade microbicida (tanto nanopartículas de TiO2 e prata quanto moléculas presentes em medicamentos antibióticos, entre outros) deve ser descartado de forma segura e seu efeito no meio ambiente não deve ser menosprezado. Todos concordam que não se deve parar de fabricar penicilina porque ela danifica a membrana externa das bactérias – sim, a penicilina também “explode” bactérias, esse é o seu mecanismo de ação como antibiótico. As próprias autoras do estudo citado acima deixaram claro que o resultado obtido foi preliminar e ainda não se sabe o que as nanopartículas de TiO2 podem fazer no meio ambiente “real”, que é muito mais complexo. As mesmas propriedades que tornam a nanotecnologia valiosa também são responsáveis por potenciais consequencias negativas para a saúde humana e para a ecologia. Nesse caso, a conclusão a se tirar é de que toda a informação deve ser avaliada de forma crítica: a discussão sobre os impactos da nanotecnologia no meio ambiente não deve ser apaixonada, mas sim técnica – do contrário, corremos o risco de criar polêmicas que apenas alimentam preconceitos.
(post sobre dados apresentados esse ano no 237 Encontro Nancional da American Chemical Society, USA – para ler mais, clique aqui)

Uma esperança para os portadores de osteoartrite

Publicado 16 de maio de 2009
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Categorias celulas-tronco, nanofibras, Research Blogging
Rocky Tuan, chefe do Cartilage Biology and Orthopaedics Branch, National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (fonte: NIAMS)

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As articulações estão entre as primeiras partes do corpo que indicam para você que a idade do “condor” (conhecem essa?) já está chegando. Desportistas também podem apresentar desgastes nas articulações pelo seu uso intenso. Os danos às cartilagens podem levar à osteoartrite, uma doença articular degenerativa que costuma atingir pessoas com mais de 65 anos. Não se sabe ao certo quais são as causas da osteoartrite, porém suas conseqüências são altamente debilitantes: dor na junta, dificuldade de movimentos e inflamação dos tecidos próximos. Um dos tratamentos para essa doença consiste no transplante de células denominadas condrócitos, naturalmente presentes nas cartilagens. Essas células são obtidas de uma articulação sadia, cultivadas em laboratório e injetadas no local afetado. O resultado é o desenvolvimento de um novo tecido na área desgastada – porém esse novo tecido é mais fibroso que a cartilagem normal e geralmente tem uma durabilidade baixa.
Em uma tentativa de realmente regenerar as cartilagens, Rocky S. Tuan (Musculoskeletal and Skin Diseases of the National Institutes of Health, USA) e colaboradores desenvolveram nanofibras feitas de um polímero biodegradável e biocompatível e células-tronco mesenquimais. Após ser introduzidas no corpo, essas nanofibras servem como moldes que permitem que a estrutura do tecido se regenere no formato adequado – as células-tronco se transformam em condrócitos, o polímero é consumido pelo organismo e a função da junta é restabelecida. Ainda há muito estudo a ser feito antes de essa tecnologia chegar com força no mercado. No entanto, as perspectivas são bem promissoras.

Para saber mais sobre células-tronco mesenquimais e artrite, leia também o artigo de revisão Mesenchymal stem cells in arthritic diseases, do grupo do R.S. Tuan- doi: 10.1186/ar2514

Glossário:

Células-tronco mesenquimais: são células-tronco retiradas de tecidos adultos, capazes de se diferenciar em células ósseas, das cartilagens, de gordura e musculares.

Referencia:

JANJANIN, S., LI, W., MORGAN, M., SHANTI, R., & TUAN, R. (2008). Mold-Shaped, Nanofiber Scaffold-Based Cartilage Engineering Using Human Mesenchymal Stem Cells and Bioreactor Journal of Surgical Research, 149 (1), 47-56 DOI: 10.1016/j.jss.2007.12.788

Se a gente não consegue ver as nanopartículas, como se faz para determinar o tamanho delas?

Publicado 15 de maio de 2009
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Categorias espalhamento, microscopia eletronica, personalidades
Quem pensou em microscópio eletrônico, acertou …. em parte. Antes de inventarem o microscópio eletrônico, já era possível determinar o tamanho de nanopartículas. Não acredita? Pois bem, uma brincadeira que todo mundo já fez na vida é olhar a dança das partículas de poeira suspensas no ar em um quarto na penumbra, com uma janela semi-aberta onde apenas alguns raios de sol possam passar (um amigo meu, quando era pequenininho, queria pegar um raio de sol desses de qualquer maneira – existe até uma foto do fato, mas essa é outra história). Alguém já se perguntou por que a poeira só é visível quando a luz incide sobre ela? Pois é, um físico da Grã-Bretanha chamado John Tyndall deve ter se perguntado justamente isso lá no século 19. Ele descobriu que as partículas de poeira refletem a luz. O que nós vemos não é a poeira em si, mas sim o efeito da luz sobre ela. Hoje chamamos esse fenômeno de efeito Tyndall.

Lord Rayleigh, o cientista que estudou o espalhamento de luz em partículas muito pequenas e, com isso, tornou possível determinar o tamanho de nanopartículas antes da construção do primeiro microscópio eletrônico.

Ah, mas a poeira do ar pode ser vista em microscópio óptico – portanto não é nanométrica! É verdade, mas John William Strutt, terceiro Barão Rayleigh e prêmio Nobel de física de 1904, descobriu um fenômeno parecido para partículas nanométricas. Lord Rayleigh percebeu não só que um feixe de luz pode ser espalhado por nanopartículas (que é quase a mesma coisa que refletido), mas também que a intensidade de luz espalhada depende do tamanho da nanopartícula e do ângulo de observação em relação ao feixe de luz que incide na amostra. A partir desse princípio, foi possível explicar porque o céu é azul (outra pergunta que todo mundo já se vez na vida). É esse fenômeno, chamado hoje de espalhamento Rayleigh, que os pesquisadores usam para determinar o tamanho de suas nanopartículas. Até porque ir correndo ao microscópio eletrônico no dia-a-dia de erros e acertos do lab, para contar um monte de nanopartículas em uma foto, além de mais trabalhoso (às vezes passa-se um turno inteiro tirando fotos de uma ou duas amostras) é bem mais caro.

Uma curiosidade: duas crateras, uma em Marte e outra na Lua, foram batizadas como Rayleigh em homenagem a esse Lord da ciência.

Caiu, ralou e infeccionou? Passa nanoprata que passa ……

Publicado 13 de maio de 2009
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Categorias antimicrobiano, nanoparticulas metalicas, Research Blogging
CRÉDITOS: Eby and Johnson’s group (ACS Nano, 2009, 3 (4), pp 984-994)
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O que a enzima lisozima extraída da clara de ovo e nanopartículas de prata têm em comum? Ambas podem matar micróbios. Que nanopartículas de prata são microbicidas, isso já é sabido há certo tempo. Do poder hidrolizante da lisozima então, nem se fala. Porém, os problemas ambientais envolvidos na produção e descarte das nanopartículas de prata é que são elas…. Foi aí que os pesquisadores americanos Matthew Eby e Glenn R. Johnson, da Air Force Research Laboratory at Florida’s Tyndall Air Force Base tiveram uma brilhante idéia: juntar lisozima e acetato de prata em metanol, expor à luz e… voilá! … foi desenvolvida uma técnica barata, simples e ambientalmente correta para preparar nanopartículas de prata antimicrobianas, capazes de inibir o crescimento de Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus anthracis e Candida albicans. Essas nanopartículas poderiam ser usadas em curativos, cremes e sprays antissépticos.
Quem leu os últimos posts do Bala Mágica pode estar pensando:
“- Ok, mas é seguro usar esse negócio?”
Parece que sim – as nanopartículas mostraram-se não-tóxicas em cultura de células de mamíferos em concentrações que mataram as colônias de micróbios.

Referência:

Eby, D., Schaeublin, N., Farrington, K., Hussain, S., & Johnson, G. (2009). Lysozyme Catalyzes the Formation of Antimicrobial Silver Nanoparticles ACS Nano, 3 (4), 984-994 DOI: 10.1021/nn900079e

Os nanoalimentos estão chegando às prateleiras. E agora?

Publicado 11 de maio de 2009
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Categorias alimentos, regulamentacao, seguranca
O número de produtos nanobiotecnológicos está em franco crescimento, em especial na área de suplementos alimentares. Esses produtos, conhecidos como “nanocêuticos” (ou nanoceuticals, em inglês), apresentam um dos maiores potenciais de exposição de humanos a nanomateriais, por razões óbvias. Esses suplementos podem ser bebidos, engolidos como pílulas ou mesmo administrados através de spray dentro da boca. A vantagem desse tipo de alimento seria aumentar a solubilidade e a absorção de nutrientes, através do seu encapsulamento em nanopartículas. A desvantagem é que se certos nutrientes são úteis em uma dada concentração, podem ser tóxicos se absorvidos em excesso.

CRÉDITOS: Project on Emerging Nanotechnologies (http://www.nanotechproject.org/events/archive/supplements/)

Muitas pessoas diriam que os nanocêuticos deveriam ser bem investigados, como o são todas as novas substâncias, antes de parar nas prateleiras dos supermercados. Porém a grande questão que envolve os nanocêuticos não é diferente da dos demais produtos nanotecnológicos: uma nova substância para fins de registro é aquela que foi quimicamente alterada e não foi previamente comercializada. Como substâncias na nanoescala NÃO são quimicamente alteradas (elas são apenas substâncias reduzidas à nanoescala através de um processo físico), não fica claro para os órgãos reguladores se os nanocêuticos deveriam ou não ser considerados como novas substâncias alimentícias. No entanto, as propriedades de uma substância podem mudar na nanoescala.

Um grupo dos Estados Unidos chamado Project on Emerging Nanotechnologies (PEN) vem fazendo um inventário de produtos nanotecnológicos no mercado desde 2006. Nesse inventário, constam mais de 44 alimentos nanotecnológicos, dentre os quais um óleo de cozinha chamado Canola Active Oil, um chá chamado Nanotea e uma bebida dietética sabor chocolate chamada Nanoceuticals Slim Shake Chocolate. Em geral, esses produtos alegam usar nanotecnologia para aumentar a absorção de nutrientes ou valorizar o seu aroma.

Se é seguro consumir esses produtos? Bem, nos Estados Unidos o fabricante de suplementos alimentares é responsável pela segurança de seus produtos e o FDA (Food and Drug Administration, em inglês – órgão responsável pela regulação de alimentos e medicamentos nesse país) só entra na jogada se algum produto mostra problemas DEPOIS de estar no mercado. No Brasil, a discussão sobre nanocêuticos ainda dá seus passos iniciais.

Quanto custaria testar o risco de todos os nanomateriais que existem? (PARTE II)

Publicado 9 de maio de 2009
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Categorias ambiente, Research Blogging, seguranca, toxicidade

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Apesar do crescente investimento em pesquisa envolvendo nanotecnologia por parte da iniciativa privada, investimentos correspondentes em estudos sobre seus aspectos de saúde e segurança tem sido limitados. Embora muitas empresas investiguem toxicidade aguda, o estudo de Choi e colaboradores demonstrou que o setor é mais relutante em realizar testes de segurança de seus produtos a longo prazo. Isso ocorre porque os custos diretos associados com esses estudos são altos e podem não produzir resultados definitivos, especialmente se os testes tem baixa especificidade. Além disso, nenhum benefício mercadológico estaria associado com esse tipo de pesquisa. Portanto, as empresas não consideram a investigação dos riscos de longo prazo de seus produtos como um investimento atrativo. Uma proposta para a redução de custos seria a categorização dos nanomateriais em níveis, o que resultaria no emprego de testes de diferentes graus de complexidade para verificar a segurança desses produtos. O conhecimento sobre os riscos envolvidos com a produção, uso e descarte de nanopartículas será um gargalo da próxima década.

Choi, J., Ramachandran, G., & Kandlikar, M. (2009). The Impact of Toxicity Testing Costs on Nanomaterial Regulation Environmental Science & Technology, 43 (9), 3030-3034 DOI: 10.1021/es802388s

Quanto custaria testar o risco de todos os nanomateriais que existem? (PARTE I)

Publicado 8 de maio de 2009
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Categorias ambiente, Research Blogging, seguranca, toxicidade

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Informações sobre a toxicidade de produtos nanotecnológicos são importantes para determinar como esses materiais podem ser regulados sob o ponto de vista legal. No entanto, se todos os nanomateriais que existem fossem efetivamente testados quanto à sua toxicidade, isso custaria às indústrias dos Estados Unidos entre 249 milhões e 1,18 bilhão de dólares. Por outro lado, se considerarmos os níveis atuais de investimento, essa avaliação toxicológica levaria de 34 a 53 anos. Essas estimativas foram baseadas em informações fornecidas por 329 firmas nanotecnológicas dos Estados Unidos, tais como tamanho das companhias e seus gastos com P&D.;, e fazem parte de um estudo realizado por pesquisadores da University of Minnesota (USA) e University of British Columbia (Canada). Este estudo foi o primeiro a fazer estimativas de custo e de tempo necessários para testar a toxicidade de nanomaterias comercializados nos Estados Unidos.

Choi, J., Ramachandran, G., & Kandlikar, M. (2009). The Impact of Toxicity Testing Costs on Nanomaterial Regulation Environmental Science & Technology, 43 (9), 3030-3034 DOI: 10.1021/es802388s

Nanopartículas expansíveis: uma forma inteligente de liberar fármacos no organismo

Publicado 6 de maio de 2009
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Categorias nanoparticulas polimericas, Research Blogging

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Nanopartículas poliméricas vem encontrando crescente aplicação em estudos de liberação controlada de fármacos. Pesquisadores da Boston University (USA) construíram nanopartículas poliméricas capazes de se expandir centenas de vezes em relação ao seu tamanho original como resposta a mudanças de pH do meio.

Créditos: Griset, Walpole, Liu, Gaffey, Colson e Grinstaff (JACS, 131, 2469-2471, 2009)

Essas nanopartículas são compostas por um polímero que apresenta grupos protetores hidrofóbicos, que impedem a entrada de água na partícula. Quando adicionada a um meio com baixo valor de pH (tal como o suco gástrico do estômago, ou mesmo uma organela celular chamada endossoma), essas nanopartículas perdem seus grupos protetores hidrofóbicos, expondo grupos de caráter hidrofílico em sua superfície. Dessa forma, a partícula ganha a capacidade de absorver água e inchar. O resultado é um afastamento das cadeias de polímero, e o fármaco no interior da partícula escapa para o meio externo.

Glossário:

Hidrofílico: que possui afinidade por água (ex.: álcool, acetona)
Hidrofóbico: que não possui afinidade por água (ex.: óleo de cozinha, gasolina)

Referência:

Griset, A., Walpole, J., Liu, R., Gaffey, A., Colson, Y., & Grinstaff, M. (2009). Expansile Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Efficacy of an Acid-Responsive Polymeric Drug Delivery System
Journal of the American Chemical Society, 131 (7), 2469-2471 DOI: 10.1021/ja807416t


Uma diferença que pode auxiliar na cura e diagnóstico do câncer

Publicado 6 de maio de 2009
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Categorias cancer, microscopia eletronica, Research Blogging

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Pesquisadores da Clarkson University (New York, USA) identificaram uma diferença importante nas propriedades de superfície de células normais e cancerosas. As células epiteliais humanas apresentam uma superfície “enrugada” devido às suas microvilosidades, lembrando uma escova. Os pesquisadores descobriram que o comprimento dessas microvilosidades nas células cancerosas é o dobro que nas células normais. Isso significa que células cancerosas e normais podem interagir de maneira diferente com nanopartículas, algo que poderia ser explorado para detecção e tratamento do câncer via drug delivery.

Créditos: Sokolov Group, Clarkson University

Os resultados dessa pesquisa foram obtidos empregando-se uma técnica chamada microscopia de força atômica (AFM, na sigla em inglês). Nessa técnica, um microcantilever com um probe faz a varredura de uma amostra submetida a um campo elétrico, o que permite determinar sua topografia. A resolução da AFM é de frações de um nanometro, podendo-se “visualizar” estruturas com dimensões atômicas.

Iyer, S., Gaikwad, R., Subba-Rao, V., Woodworth, C., & Sokolov, I. (2009). Atomic force microscopy detects differences in the surface brush of normal and cancerous cells Nature Nanotechnology, 4 (6), 389-393 DOI: 10.1038/nnano.2009.77

Bala mágica: o que é isso afinal?

Publicado 6 de maio de 2009
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Categorias bala magica, nanobiotecnologia, personalidades, vetorizacao
Depois de ouvir as mais diversas perguntas a respeito do que é nanotecnologia e qual seu perigo para a saúde e para o meio ambiente, percebi que há uma carência grande de informações sobre o tema para o público em geral. Muito se fala em nanotecnologia, mas poucos sabem que muitos produtos nanotecnológicos já estão disponíveis no mercado há mais de 20 anos! Por isso, este será um blog de divulgação científica sobre nanobiotecnologia. O que é nanobiotecnologia? Bem, para descobrir é só ler o quadro “Transformando paradigmas”, logo abaixo (esse aí mesmo, em verde).



A nanobiotecnologia pode contribuir muito para a melhoria da saúde humana por meio da liberação controlada de fármacos no organismo. Pesquisas envolvendo o tema vem sendo desenvolvidas tanto por governos quanto por empresas, no Brasil e no mundo. E o que tem tudo isso a ver com o título desse blog? (não, não, bala mágica não é o que você está pensando….)

Para responder essa pergunta, reproduzo aqui uma parte do artigo “Uma pequena grande revolução: os impactos da nanobiotecnologia na saúde humana”, que foi publicado na Ciência Hoje de dezembro de 2008 (para quem ficar curioso, aí vai o link http://cienciahoje.uol.com.br/134671).

“A maioria dos medicamentos usados nos tratamentos modernos contém moléculas geralmente pequenas (fármacos) que atingem a corrente sangüínea após sua administração, percorrendo todo o organismo. Portanto, os fármacos chegam tanto ao seu alvo quanto a outros lugares do corpo que não têm relação com a doença. Essa última situação leva aos efeitos indesejados dos medicamentos, chamados efeitos colaterais.

A nanobiotecnologia pode ajudar a contornar esses e outros problemas. A chave é justamente a faixa de tamanho e o tipo de estrutura dos medicamentos nanotecnológicos, que atuariam como minúsculos dispositivos guiados para liberar o fármaco preferencialmente no seu sítio-alvo (local onde o fármaco age, causando um efeito desejado, como o fígado, a pele ou o cérebro).
Essa seletividade, em geral, não é possível com medicamentos convencionais. A idéia de obter minúsculos dispositivos guiados foi levantada no início do século passado pelo biólogo alemão Paul Erlich (1854-1915), ganhador do prêmio Nobel de Medicina em 1908. O modelo de Erlich ficou conhecido como ‘bala mágica’.”

Bem-vindos todos os que se interessam pelo assunto!

Grande abraço

Fernanda


UPDATE 29/11/2009:

clique na figura para vê-la ampliada

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Por que Bala Mágica?

Sobre a autora

/
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.
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