Terapia fototérmica contra câncer e as nanopartículas de seleneto de cobre

Depois de um hiato de duas semanas, venho aqui apresentar uma novidade nanotecnológica vinda, mais uma vez, dos EUA. São nanocristais úteis à terapia fototérmica do câncer.

À esquerda, nanocristais de seleneto de cobre lado a lado e sua estrutura cristalina no detalhe acima. À direita, a representação esquemática da sua cobertura polimérica.

Nanocristais de seleneto de cobre com diâmetro de aproximadamente 16 nm – diâmetro comparável ao de um anticorpo ou a cerca de 8 vezes o diâmetro de uma secção transversal da dupla fita de DNA – foram sintetizados por um método de injeção coloidal sob altas temperaturas (busque o artigo completo: dx.doi.org/10.1021/nl201400z). Esses nanocristais foram recobertos com um polímero que funciona como agente tensoativo, já que os cristais de seleneto de cobre agregam com facilidade quando têm sua superfície exposta a meio aquoso (tal como o sangue, por exemplo), formando agregados grandes que rapidamente decantam, afetando sua atividade.

Esses cristais recobertos com polímero apresentam uma propriedade que atraiu a atenção de pesquisadores na área de terapias contra o câncer: eles absorvem fortemente a luz infravermelha, produzindo então grandes quantidades de calor. O calor gerado dessa maneira pode ser utilizado em uma modalidade de terapia muito promissora ao tratamento de diversos tipos de câncer. A lógica desse processo, utilizado na terapia fototérmica antitumoral, é simples de entender.

Espectro de absorção de radiação eletromagnética para nanocristais de seleneto de cobre.  Intensa absorção no infravermelho próximo.

A temperatura do nosso organismo gira em torno de 37ºC. Essa temperatura pode ser aumentada para valores que apenas em alguns casos ultrapassam os 40º C em um processo fisiológico conhecido como febre. Mas, para que serve a febre? A febre não chega para avisar que estamos com algum tipo de infecção, para que usemos dipirona ou simplesmente para que soframos mais quando doentes; a febre ocorre porque vários microorganismos patogênicos morrem ou têm sua multiplicação inibida em temperaturas maiores que 37º C. Portanto, a febre é um mecanismo de defesa imunitária. Logo, uma pergunta vem à tona: poderia este mecanismo de defesa ser utilizado para eliminar determinados tipos de câncer?

A febre tem como alvo microorganismos, frequentemente procarióticos, muito diferentes das nossas células; como nossas células são mais resistentes à febre, não costumamos morrer dela. O que dizer de células neoplásicas, as células do câncer? Estas são derivadas de nossas células normais, são muito parecidas a elas e isso é um problema em qualquer terapia para câncer, inclusive se essa terapia utilizar um processo fototérmico. Temos que elevar a temperatura no tumor, e apenas no tumor, a valores que são nocivos às nossas células também: para entre 42º e 45º C. Os nanocristais de seleneto de cobre suspensos em água foram capazes de aumentar, sob determinadas condições controladas, a temperatura em cerca de 20º C quando iluminados por luz infravermelha, um resultado comparável ao obtido com os famosos nanobastões de ouro que, já se sabe, são muito eficientes na conversão de luz em calor. Neste mesmo estudo, quando células de câncer colorretal foram expostas, em condições in vitro, aos nanocristais de seleneto de cobre e em seguida irradiadas com luz infravermelha próxima, houve intensa morte celular. O desafio agora é entregar, em um organismo, esses nanocristais especificamente às células tumorais. A solução para este problema também será, muito provavelmente, nanotecnológica. De qualquer forma, estes resultados iniciais colocam os nanocristais de seleneto de cobre no já grande rol de nanopromessas antineoplásicas, as quais serão, em futuro próximo, alternativas eficazes ao tratamento de alguns tipos de câncer que hoje são difíceis de eliminar.

Vídeo: nanopartículas superparamagnéticas sendo atraídas por um ímã

Produção própria.

Pontos quânticos. Um arco-íris nasce do nanomundo.

Pontos quânticos. Esse tipo de nanoestrutura já é há muito tempo conhecido pelos nanocientistas. Mas ainda assim impressiona. Mesmo quem há muito tempo trabalha com ele. Os pontos quânticos são cristais semicondutores (compostos de CdSe ou PbS, por exemplo) que, por serem extremamente pequenos (com cerca de 10 a 50 átomos de diâmetro! 1 a 5 nm de raio), são fluorescentes. De fato, sua mais conhecida característica é a alta capacidade de fluorescer. Além disso, é possível obter, com o mesmo material, diferentes tipos de pontos quânticos, diferentes cores. Em geral, dentro de uma faixa limitada de tamanhos, quanto menor o ponto quântico, mais sua emissão de fluorescência tende ao azul, quanto maior, mais tende ao vermelho.

Suspensões de pontos quânticos de CdSe de diferentes diâmetros. Do menor (esquerda) ao maior diâmetro.

No vídeo abaixo é possível ver a mudança de cor dos pontos quânticos durante a sua síntese. Conforme aumenta o tempo de reação e, consequentemente, os pontos quânticos crescem na mistura reacional, a cor destes vai mudando. No começo são obtidos pontos quânticos verdes e, ao final, vermelhos. O vídeo foi produzido por um grupo de pesquisa em pontos quânticos muito importante no nível mundial. Que disfrutem!

Planejamento verde. A nanotecnologia está por dentro.

Uma das maiores discussões em nanotecnologia envolve a probabilidade de que nanoestruturas causem danos ao meio ambiente. Essa discussão é pertinente? Sim, sem dúvida. Aliás, esse tipo de discussão deve ser uma parte importante e constantemente ventilada em todos os projetos de desenvolvimento de novos produtos ou processos, sejam estes nanotecnológicos ou não. A nanotecnologia não oferece riscos ambientais que sejam, em importância ou gravidade, muito diferentes dos que são observados em áreas tecnológicas clássicas, tais como a mineração ou a agricultura. E assim como é possível, por exemplo, produzir agroprodutos de maneira sustentável e minimamente agressiva ao meio ambiente, assim também as nanoestruturas podem e devem ser planejadas de maneira que sejam inócuas ao meio ambiente. Planejamento verde. A nanotecnologia está por dentro.

Existem nanoestruturas de ocorrência natural que variam desde extremamente letais até extremamente essenciais à nossa vida ou à harmonia ecológica. Exemplos não faltam. O ebolavírus é um nanotubo com diâmetro de cerca de 70 nm e comprimento de alguns micrometros. Esta nanoestrutura (não nanotecnológica, veja aqui) é responsável pela febre hemorrágica ebola, uma das doenças mais letais de que se tem conhecimento, podendo matar o indivíduo infectado entre 1 e 10 dias após o surgimento dos primeiros sintomas. Na outra mão temos os anticorpos, mais um exemplo de nanoestrutura de ocorrência natural. Com cerca de apenas 15 nm de diâmetro, estas maravilhosas nanoestruturas são produzidas aos quinquilhões pelo nosso organismo, durante nossa vida toda. Elas não só não são tóxicas ao organismo que as produz (salvo raras exceções que são observadas em doenças envolvendo o sistema imunitário), mas sim essenciais à sobrevivência deste num ambiente com tantos e tão diferentes agentes patológicos querendo aproveitar as moléculas do organismo invadido para fomentar sua replicação e sobrevivência.

Anticorpo (esquerda) e ebola vírus (dezenas deles, à direita, como vistos ao microscópio eletrônico de varredura). Duas nanoestruturas de ocorrência natural: o bem e o mal do mundo nano, sob o prisma humano, claro. Podemos nanoprojetar maravilhas inócuas ao meio ambiente, basta planejar.

Estes exemplos mostram que, como no mundo macro, existem extremos no nanomundo. A nanotecnologia não é, portanto, um monstro nem um anjo. Os nanotecnólogos, sabendo disso, estão preocupados em tornar suas criações inócuas ao meio ambiente e ao usuário final. Isso pode ser observado em um recente trabalho publicado no periódico da American Chemical Society Nano (T. Xia et al., ACS Nano (2011), doi: 10.1021/nn1028482).
Neste trabalho cientistas estadunidenses e alemães demonstram que, pelo planejamento racional, é possível tornar uma nanoestrutura muito menos agressiva ao meio ambiente em relação ao que seria esperado de outra forma. Eles estudaram as nanopartículas de óxido de zinco (ZnO).

Protetor solar com nanopartículas de óxido de zinco.

E não por acaso estas foram escolhidas. O ZnO nanoparticulado é usado em vários cosméticos atualmente, especialmente naqueles destinados à fotoproteção. O problema é que a dissolução desta nanopartícula libera o cátion de zinco (Zn²⁺), um agente que interfere com diversas vias biológicas, sendo assim potencialmente danoso ao meio ambiente. Os cientistas viram que a solução deste problema deveria residir no "aprisionamento" dos átomos de zinco na nanopartícula. O que eles fizeram foi acrescentar ferro à estrutura cristalina do ZnO, reduzindo assim a dissolução desta em meio aquoso. Os átomos de ferro fazem com que a liberação de Zn²⁺ seja extremamente reduzida em relação à nanopartícula de ZnO puro. Assim, conforme observado pelos estudiosos, com esta modificação a toxicidade foi drasticamente reduzida e de maneira dependente da quantidade de ferro adicionada à nanopartícula.

Vídeo: fundamentos sobre lipossomos. Parte II.

Segunda parte sobre os fundamentos que regem a ciência dos lipossomos.

Vídeo: fundamentos sobre lipossomos. Parte I.

. Os lipossomos estão entre as nanoestruturas mais estudadas em nanociência. Este blog já tratou dele em alguns textos (clique aqui para acessar o mais recente deles). Este vídeo ilustra, ao som de Beethoven, os princípios básicos que regem a preparação de lipossomos. Divirta-se!

Patentes: o ar que a pesquisa respira!

Para a maioria dos pesquisadores, a patente é o resultado do seu trabalho. Para a maioria dos homens de negócio, a patente é a pedra fundamental de seu trabalho. Seja como for, fato é que as patentes são a proteção da inovação industrial. Se estiver difícil enxergar isso, eu o ajudo. Digamos que você tenha inventado uma nanopartícula à qual é associado um fármaco e que este sistema cura uma grande porcentagem dos pacientes com câncer de mama. Esse sistema deve gerar um grande interesse na indústria farmacêutica e, assim, você tem um tesouro em suas mãos. Você vende a idéia. A indústria produz, comercializa e lucra bilhões. Você também ganhou dinheiro. Suficiente, digamos, para pagar seus gastos com a pesquisa que levou ao produto e para te enriquecer. Sua pesquisa parece ter sido um bom investimento.

Porém, sua pesquisa foi vendida. Caiu no meio industrial. Mesmo que nem todos os detalhes técnicos estejam revelados, a idéia já é pública. Nesse ambiente, surgem as empresas que copiam a sua idéia sem gerar renda para você, o desenvolvedor do produto original.

Copiar é fácil. Não exige recursos humanos altamente capacitados nem muita infraestrutura. Quem copia não arca com os gastos de pesquisa e desenvolvimento, e mesmo assim consegue lucrar com o mesmo produto que você demorou anos para desenvolver. É, portanto, num ambiente livre de patentes que copiar é um negócio mais lucrativo que pesquisar e desenvolver novos produtos e processos. É assim, sem patentes, que a inovação nas indústrias torna-se um negócio pouco atraente. Resultado: estagnação industrial. Portanto, patentes e desenvolvimento industrial andam juntos, lado a lado. A patente garante que a pesquisa seja um investimento que dê um retorno financeiro interessante.

Uma reportagem do Financial Times do dia 20/05/20011 (Patent proof of rising innovation) mostra que a inovação nas indústrias deve crescer nos próximos anos e que os governos dos principais nichos de atividade patentária já enxergam a necessidade de tornar o sistema de patentes apto a suportar o crescente registro de pedidos de patente. Certamente a nanotecnologia é um dos carros-chefe deste aumento.

A Organização Mundial da Propriedade Intelectual (sigla inglesa Wipo) e os escritórios de patente estadunidense e europeu registraram uma alta no registro delas em 2010, após um declínio observado em 2009 e devido principalmente à recente crise econômica mundial, e eles esperam que o número de registros aumente ainda mais nesse ano. Esse crescimento deve ser uma boa notícia para o futuro em longo prazo da economia global, dado o papel vital desempenhado pelas patentes na inovação industrial – as patentes dão aos inventores a garantia de manter um monopólio de 20 anos sobre a comercialização de seu produto ou processo inovador em troca da revelação completa dos detalhes técnicos destes.

Mas o aumento na atividade patentária está longe de ser uniformemente distribuído pelo mundo afora. O aumento mais espetacular ocorreu na Ásia. Isso não é surpreendente, visto que lá houve, recentemente, um aumento extraordinário dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento. Enquanto o volume total de atividade patentária registrado sob o Tratado Internacional de Cooperação Patentária aumentou 5,6 % no mundo inteiro, na China e na Índia esse aumento foi de 55,6 e 36,6 %, respectivamente. A Ásia se tornou, assim, a região com maior índice de registro de pedidos de patentes no mundo todo, seguido pela América do Norte e pela Europa.

O registro de patentes teve seu início no período da Renascença, na Itália, e desde lá veio sofrendo melhorias que visavam, principalmente, proteger o inventor em um tempo de comércio crescentemente globalizado. Na Europa ainda existem muitos problemas para o registro de patentes, visto que este ainda não passa pelo crivo de apenas uma entidade, mas sim pelas cortes judiciais de diferentes países, com diferentes línguas, o que torna tudo muito complicado. As recentes tentativas de centralizar o processo patentário em uma única instituição na União Européia (UE) esbarram na falta de um acordo entre as principais potências do bloco. Além disso, as próprias leis que regem a UE impedem essa centralização.

Carta Patente concedida pelo INPI (Instituto Nacional de Propriedade Intelectual), órgão brasileiro de proteção da propriedade intelectual.

Nos EUA também vêm sendo discutidas medidas para que o sistema de patentes fique mais harmonizado com as regras em outras partes do mundo. Uma das principais mudanças deve ser a troca do critério para a concessão de patentes: ao invés de ser o de “primeiro a inventar”, passaria a ser o de “primeiro a registrar o pedido de patente”, tal como no resto do mundo. Essa mudança deixaria tudo mais claro e fácil na hora de escolher a quem deve ser concedida a patente no caso de conflitos sobre uma mesma invenção.

No Brasil, o processo é muito demorado. Pode demorar mais de 6 anos para que seu pedido de patente seja deferido! Além disso, os critérios para concessão de Carta Patente ainda são desfavoráveis à massa pesquisadora brasileira. O Brasil tem a nanotecnologia como uma das áreas tecnológicas consideradas estratégicas para o desenvolvimento nacional, a qual é de caráter basicamente inovador de processos e produtos já existentes. O desenvolvimento dessa área vai depender, e muito, da reforma do nosso sistema patentário.

Sobre o tamanho das coisas: Universcale.

Excelente vídeo elaborado com o aplicativo Universcale, da Nikon. É feita uma viagem através da escala métrica, passando pela escala nanométrica, claro. O final é assombroso! Aproveitem!

Para ver mais, acesse: http://www.nikon.com/about/feelnikon/universcale/index.htm

Lipossomos no combate à degeneração macular

Já imaginou como seria sua visão se você pudesse enxergar tudo, menos o centro do seu campo visual? Se está difícil de imaginar, olhe as duas figuras abaixo.

A degeneração macular causa a perda da visão no centro do campo visual.  Na degeneração macular relacionada à idade, que geralmente ocorre em adultos com mais de 55 anos, a mácula é destruída por conta da formação de vasos sanguíneos nesta região. Dispenso dizer qual das figuras acima representa a visão de um paciente com a mácula degenerada.

A degeneração macular, caracterizada pela perda progressiva de função da mácula - uma região específica da retina dos nossos olhos -, causa a perda da visão no centro do campo visual. Essa doença é uma das principais responsáveis por problemas de visão relacionados à idade.
A degeneração é causada por vasos sanguíneos que se formam abaixo da retina, em uma estrutura denominada coróide. Portanto, o tratamento para esta doença deve consistir, basicamente, da destruição destes vasos, evitando assim os danos à mácula. A nanotecnologia tem auxiliado a destruir esses vasos sanguíneos. Lipossomos - nanopartículas lipídicas - têm sido usados no medicamento de marca Visudyne para entregar às células dos vasos sanguíneos na região da mácula um fármaco (verteporfina) que produz substâncias tóxicas (oxidantes) quando irradiado por luz com comprimento de onda de 689 nm. Este tratamento leva o nome genérico de " terapia fotodinâmica", uma abordagem terapêutica que deve tomar de assalto várias áreas da medicina em alguns anos.
Uma vez que o fármaco foi entregue às células dos vasos sanguíneo anormais, tudo fica fácil. Basta irradiar com luz (geralmente laser) a área da mácula que sofre o processo de degeneração e pronto, o fármaco produz substâncias que matam as células dos vasos sanguíneos na coróide, os responsáveis pela degeneração. No local formam-se coágulos que acabam por destruir totalmente os vasos. O vídeo abaixo explica de maneira muito bem ilustrada como a nanotecnologia auxilia nesta terapia. Quem tem problemas com o inglês pode ficar aliviado: o vídeo é legendado.