Nanopartículas de supraconversão para terapia fotodinâmica

Retorno aqui à terapia fotodinâmica (TFD), já introduzida neste blog. Na primeira postagem sobre o tema já foi exposta a importância de a luz utilizada para a TFD penetrar profundamente em tecidos biológicos. Geralmente, os melhores resultados são obtidos com luz com comprimento de onda entre 600 e 800 nm.

Determinados tipos de luz infravermelha, invisível, com comprimentos de onda entre 800 e 1000 nm, também possuem alto poder de penetração em tecidos biológicos.

Há luz na escuridão, de um tipo pouco explorado em mas com muito potencial para TFD.
A nanotecnologia pode ajudar a explorá-la eficientemente.
Fonte da imagem aqui.

Porém, luz infravermelha além de 800 nm não pode ser utilizada em protocolos convencionais de TFD por não possuir energia suficiente para iniciar as principais fotorreações responsáveis pela eficácia da terapia.


Mas a nanotecnologia e a óptica não-linear parecem oferecer soluções para este problema por meio das nanopartículas de supraconversão, NSC (sugiro essa tradução ao termo inglês "upconversion nanoparticles", que vem sendo usado mesmo em português).

Um sistema baseado em NSC e projetado para TFD foi recentemente exposto em um artigo publicado em um periódico importante da área de nanotecnologia (ver fonte). Esse tipo de sistema permite utilizar, em TFD, comprimentos de onda na faixa do infravermelho além de 800 nm. No trabalho em questão, foi utilizada luz de comprimento de onda de 980 nm.

Este sistema funciona de maneira elegante: dois ou mais fótons (hv) são absorvidos pela nanopartícula de supraconversão (NSC) e convertidos a um único fóton de energia superior. É esse fóton mais energético que pode iniciar com o fotossensibilizante (FS) as fotorreações necessárias para produzir espécies reativas (ER) e oxigênio singlete, os quais causam danos à célula-alvo. O segredo das NSC está nos lantanídios de sua composição.

Tendo absorvido luz infravermelha, essa NSC emite intensamente luz verde (com comprimento de onda de 540 nm). Estes fótons emitidos possuem energia suficiente para iniciar fotorreações para a produção de espécies reativas como o oxigênio singlete. Esta NSC   emite ainda, em menor intensidade, luz vermelha.


Mas a produção das espécies reativas carece de um fotossensibilizante, visto que é este agente que funciona como um fotocatalisador. No trabalho em questão os autores usaram o rosa de bengala, que absorve intensamente a luz emitida pela NSC e então produz espécies reativas.


O rosa de bengala foi ligado covalentemente às NSC e o resultado foi um sistema ativado por luz infravermelha e útil à TFD. A figura abaixo mostra que as NSC excitadas com luz infravermelha emitem luz verde. Mas, quando associadas ao fotossensibilizante rosa de bengala, apenas a luz vermelha emitida por este sistema é observada, visto que a luz verde é intensamente, quase totalmente, absorvida pelo rosa de bengala.

Em "c", as NSC puras emitem intensamente luz verde quando excitadas com luz infravermelha. Em "d", apenas luz vermelha é emitida, visto que as NSC estão associadas covalentemente com o rosa de bengala (estruturas em vermelho na representação abaixo).

Este sistema de NSC e fotossensibilizante é uma solução genial à limitação representada pela relativamente baixa energia dos fótons com comprimento de onda acima de 800 nm.


Fonte: "Liu et al, ACS Nano, 2012, 6 (5), pp 4054–4062" 

Uma (talvez-não-muito-)breve introdução à terapia fotodinâmica contra o câncer

Uma das terapias contra o câncer que vem empolgando médicos e cientistas é a terapia fotodinâmica (TFD). Ela funciona de maneira elegante.

Primeiramente, um agente fotossensibilizante é levado ao tumor. Na sequência, toda a área tumoral é iluminada com uma luz específica, geralmente proveniente de dispositivo laser ou LED.


Quem já sujou a mão com suco de limão e foi ao sol sabe qual é o resultado (!). Mas com a TFD o efeito pode ser limitado à área tumoral apenas.

A combinação de luz e fotossensibilizante induz a produção de espécies oxidantes potentes, levando à morte de células cancerosas, à obstrução dos vasos sanguíneos que alimentam o tumor e geralmente à ativação do sistema imunitário, que pode matar as células cancerosas locais restantes bem como as temidas metástases.

Além disso, como é necessário que haja a combinação de luz e fotossensibilizante, locais não iluminados não sofrem efeitos colaterais tão importantes quanto aqueles degradantes observados com a quimioterapia.

À esquerda um esquema simplificado dos passos da terapia fotodinâmica. À direita um paciente sendo tratado.

Na figura acima é possível reparar que a luz utilizada é vermelha. Por quê? A luz vermelha é a que consegue penetrar mais profundamente em nossos tecidos biológicos. Veja você mesmo em casa: vá a um lugar escuro, coloque a mão colada sobre o facho de luz branca de uma lanterna e voilà.... apenas a luz vermelha, que é um dos vários componentes da luz branca, consegue ser vista do outro lado da mão.

Senti a necessidade de postar hoje esta apresentação da TFD porque textos sobre pesquisas envolvendo este tema e nanotecnologia serão publicados neste nanorreico blog com uma boa frequência desta data em diante.

A nanotecnologia tem muito potencial para aprimorar os tratamentos de câncer por TFD. Determinadas nanoestruturas podem ser utilizadas para concentrar o fotossensibilizante na região do câncer. Com isso, por exemplo, a dose de fotossensibilizante administrada ao paciente poderia ser reduzida.

Qual a principal vantagem de reduzir a dose do fotossensibilizante? Imagine-se ao sol e com quantidades apreciáveis de fotossensibilizante indesejavelmente distribuídas pela sua bela e prezada pele. Mais uma vez, quem já fez caipirinha ao sol sabe do que eu falo. Uma imagens bem interessantes podem ser encontradas no Google Imagens com uma busca por "limão sol".