Observando os átomos em ação

Observando os átomos em ação

Vencedor do Prêmio Nobel, Ahmed Zewail apresenta no Rio microscópios em 4D

Cesar Baima – O Globo – 28/09/2010

Ahmed Zewail

Imagine não apenas conseguir ver um átomo, mas acompanhálo em ação enquanto participa de reações químicas ou faz parte do mecanismo de uma nanomáquina.

É neste estágio que se encontra atualmente o limite da observação humana do universo do muito pequeno, conta Ahmed Zewail, vencedor do Prêmio Nobel de Química de 1999 que fez uma das principais palestras do 17o Congresso Internacional de Microscopia, no Rio de Janeiro. A microscopia eletrônica em quatro dimensões já é uma realidade que vai permitir um novo salto na nanotecnologia, além de avanços em áreas tão diversas quanto as indústrias farmacêutica, biomédica e a pesquisa de novos materiais, acredita.

— Todo fenômeno acontece em três dimensões de espaço e uma de tempo. Antes, tínhamos a habilidade de ver as células e até os átomos, mas ainda não tínhamos o elemento tempo — conta. — Agora, podemos ver as reações de forma dinâmica, numa escala de um milionésimo de bilionésimo de segundo, que é a escala de tempo que os átomos reagem.

A sintonia fina das reações químicas

Durante séculos, os cientistas acreditavam que seria impossível visualizar o ultrarrápido movimento das reações químicas. Zewail, no entanto, encarou o desafio e, desde os anos 1980 realiza experiências na área, sendo considerado um dos fundadores da “femtoquímica”, referência ao “femtosegundo”, ou quadrilionésimo de segundo, a unidade de tempo das reações no nível atômico. Para se ter uma ideia de quão curto ele é, um femtosegundo está para um segundo assim como um segundo está para 32 milhões de anos. Segundo Zewail, a nanotecnologia é um dos setores que mais deverá se beneficiar com a nova técnica, pois poderia ser feita uma sintonia fina das reações químicas.

— Com a microscopia eletrônica em 4D podemos ver os processos enquanto eles acontecem. Assim, se compreendermos o comportamento dos átomos em uma reação, podemos também controlá-la — explica.

— Ela é a chave para novas descobertas.

Ver é crer e, se não vemos um objeto no espaço e no tempo, temos dificuldades em entender o que ele é ou faz. Basta lembrar que, ainda no século XIX, as pessoas sabiam que existiam moléculas, mas não podiam vêlas.

Foi só com o avanço da microscopia que atingimos este mundo.

Para Zewail, seu trabalho é uma mostra de que a pesquisa em ciência básica não tem que ser separada ou receber menos atenção e investimentos que a pesquisa aplicada. De acordo com ele, apenas quando as duas caminham juntas é que verdadeiras revoluções acontecem.

— É uma ficção erguer uma fronteira entre a pesquisa básica e a aplicada.

No processo da descoberta e da inovação, não é isso o que acontece.

É a pesquisa básica que guia a aplicada e o surgimento de novas tecnologias — argumenta.

Egípcio naturalizado americano, Zewail defende que mesmo países pobres ou em desenvolvimento devem investir na ciência básica, que considera um importante caminho para escapar destas condições.

— Acredito que quando um país tem uma base fraca na pesquisa básica, ele sempre será uma nação em desenvolvimento, pois nunca está criando conhecimento, apenas comprando — avalia. — A falta de recursos é sempre uma desculpa, mas não é preciso fazer tudo. Se o processo de fomento for estruturado de forma séria, podem-se escolher áreas específicas e atingir a excelência nelas. O Brasil, por exemplo, está indo muito bem nesta direção. Estou impressionado com o crescimento da importância do país em várias áreas e justamente esta é a hora de investir mais em pesquisa básica — aconselha.

De acordo com Zewail, é apenas com o avanço do conhecimento que será possível enfrentar os grandes dilemas deste século, como o terrorismo e o crescente esgotamento dos recursos naturais: — O conhecimento é uma força contra a ignorância. Precisamos introduzi-lo como forma de nos entendermos melhor uns aos outros.

O admirável 'nanomundo'

O admirável 'nanomundo'

MARCO AURÉLIO PACHECO e ANDERSON SINGULANI  - 30/08 às 16h06

Para compreender o potencial da nanotecnologia e seu impacto econômico na sociedade é preciso conhecer a magia que há nesta escala dimensional regida pela física quântica.

Na escala nanométrica, que é um bilionésimo do metro, as propriedades químicas, elétricas, magnéticas, mecânicas e ópticas da matéria não são as mesmas das escalas maiores, que vão dos micrômetros até objetos visíveis a olho nu. E isso faz toda a diferença.

Em outras palavras, o comportamento dos elétrons e outras partículas elementares dentro da matéria é influenciado por variações no tamanho ao seu redor.

Com o uso consciente das propriedades únicas da escala nanométrica, é possível projetar novos materiais a partir de nanopartículas, com a liberdade de se escolher as características desejáveis para o material nas escalas micro e macroscópicas. Tais como capacidade de carga, magnetização, temperatura de fusão, condução de eletricidade, entre outras, sem alterar a composição química dos elementos utilizados.

Pinturas com revestimentos de nanopartículas contra arranhões, corrosão e neutralização de elementos poluidores, janelas autolimpantes, língua eletrônica, filtros solares com alto poder de absorção de raios UV e remédios mais sofisticados, porém menos nocivos, já são realidade.

O impacto das inovações da nanotecnologia na vida cotidiana é inevitável e vai impulsionar diversos setores econômicos, aproximando-nos de novos paradigmas na eletrônica, medicina e engenharia, o que nos levará em breve a tecnologias tão sonhadas como o computador quântico.

É um caminho sem volta, onde os ganhos para a Humanidade serão largamente ampliados através da oferta de produtos inimagináveis atualmente.

Uma característica das nanopartículas muito peculiar e desconhecida para a maioria é a sua enorme área de superfície quando comparada com seu volume.

Em outras palavras, a maioria dos seus (poucos) átomos está disposta na superfície da partícula. Isso as torna ideais em múltiplas aplicações (produção de catalisadores, filtros solares, transporte de fármacos e armazenamento de energia química).

Por exemplo, quanto mais átomos na superfície de um material, naturalmente, maior será a reação química com outros elementos no caso de catalisadores ou maior o bloqueio aos raios ultravioletas em filtros solares.

Outro ponto fundamental quando estudamos o universo em uma escala tão reduzida é a capacidade de auto-organização da matéria, similar ao que ocorre com as entidades biológicas.

Mecanismos respondem a estímulos do ambiente sem a necessidade de um controle consciente - como por exemplo a resposta imunológica do corpo a uma doença qualquer.

Nessas situações, em nenhum momento nós obrigamos o nosso organismo a reagir a um vírus, a uma bactéria ou a qualquer outra praga que nos ataque.

A resposta do nosso corpo ocorre de maneira auto-organizada e independente.

Essa propriedade das nanoestruturas auxilia os cientistas a combinarem material inorgânico em nanoescala às células vivas.

E é igualmente útil para criar novos materiais empregando os próprios recursos de auto-organização da matéria em escala nanométrica - assim como ocorre na natureza.

Diante de todo esse cenário e de suas possibilidades, só nos resta pedir emprestado ao escritor Aldous Huxley o título de sua magnífica obra (sem fazer qualquer paralelo com a história) para descrever a nanotecnologia - "Admirável mundo novo".

MARCO AURÉLIO PACHECO é coordenador do Curso de Engenharia em Nanotecnologia do Centro Técnico Científico da PUC-Rio (CTC/PUC-Rio). ANDERSON SINGULANI é engenheiro. 

Estudo usa nanopartículas para levar medicamentos até células cancerígenas

Estudo usa nanopartículas para levar medicamentos até células cancerígenas

Silvia Pacheco – Correio Braziliense - Publicação: 25/08/2010 07:00

Uma pesquisa realizada pela Universidade de Brasília (UnB) traz esperança para os pacientes que passam pelo doloroso tratamento do câncer. Experimentos demonstram que a nanobiotecnologia(1) pode reduzir os efeitos colaterais de medicações. Isso por meio de técnicas que permitem a aplicação da dose correta da droga diretamente nos tecidos ou células doentes, sem sobrecarregar o organismo com doses massivas, o que ocorre particularmente com os quimioterápicos para câncer.

O trabalho é desenvolvido em rede nacional pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Nanobiotecnologia. Na UnB, as pesquisas estão concentradas na aplicação biomédica das nanopartículas, fazendo com que elas levem diretamente à célula tumoral a dose de quimioterapia, sem atingir outros órgãos e tecidos. Dessa forma, os efeitos colaterais do tratamento são minimizados. As nanopartículas se transformam em transportadores de remédios com a missão de direcionar o medicamento à fonte do problema. “Muitas vezes, o doente morre por conta do tratamento, não pela doença”, diz Flávia Arruda Portilho, bióloga e uma das pesquisadoras envolvidas no estudo. As aplicações são feitas para o tratamento dos cânceres de mama, intestino, ovário e pulmão.

“Hoje, é bastante plausível o uso de nanossistemas para a veiculação de drogas, como os que se baseiam em nanopartículas. Esses sistemas ficam especialmente interessantes se forem construídos a partir de nanopartículas magnéticas (NPMs)”, revela a coordenadora do estudo na UnB, Zulmira Lacava.

As NPMs podem se apresentar sob diferentes formas. Uma delas é a de fluidos magnéticos: suspensões com um núcleo de ferro envolvido por uma cobertura feita com material biologicamente ativo. É nessa cobertura que o medicamento é colocado. Depois, utilizando um ímã (que atrai o núcleo de ferro), os médicos conseguem direcionar a nanopartícula com o remédio para o órgão a ser tratado (veja arte). As NPMs também devem ser biocompatíveis, sem representar perigo ao organismo. Para chegar aos resultados sobre essas nanopartículas, a equipe de cientistas fez testes com camundongos.

Esse processo, segundo a bióloga Flávia Portilho, além de reduzir os efeitos colaterais dos medicamentos, faz com que o tratamento se torne mais eficaz. Isso porque as NPMs carregam para dentro do tumor a dose correta do quimioterápico, fazendo com que ele não se perca no organismo. “Podemos administrar, por exemplo, 5g de um medicamento na veia do paciente, mas só metade da droga chega ao tumor. O medicamento se perde no organismo, fica em alguns órgãos e tecidos”, explica a bióloga. Em alguns camundongos, a equipe observou uma diminuição do tumor considerada satisfatória.

Outras técnicas

Além do processo com a utilização do ímã no direcionamento das NPMs, a equipe também testa outras duas técnicas que deram resultados satisfatórios. A primeira delas é o processo de carregamento de drogas por meio da cobertura, uma técnica que intriga os pesquisadores. A substância da qual é feita a cobertura tem uma afinidade com certos tipos de tecido que os cientistas ainda não sabem explicar. “Não sabemos o porquê dessa afinidade. Só sabemos que a nanopartícula viaja, por meio do sistema circulatório, até o tecido com o qual ela tem a tal afinidade”, diz a biomédica Luciana Landim Carneiro Estevanato.

Ela relata que NPMs recobertas com a proteína albumina têm uma afinidade com os tecidos do cérebro e, com isso, podem levar a droga diretamente para o órgão. “No cérebro, há uma barreira entre o sangue e o órgão, que seleciona o que vai entrar. NPMs com a albumina conseguem atravessar essa barreira”, explica Luciana. A outra técnica utiliza as NPMs com anticorpos, moléculas capazes de reconhecer o tumor. Assim, os anticorpos levam o medicamento até o tumor. “O melhor é que todas essas técnicas podem ser usadas em conjunto, dependendo do resultado que se quer obter”, comemora a especialista.

Para o vice-presidente da Sociedade Brasileira de Oncologia Clínica e o oncologista da clínica Ceon, do Hospital Anchieta, Anderson Silvestrini, o uso dessas nanopartículas pode resultar em um tratamento mais eficiente contra o câncer. “Os remédios hoje são muito tóxicos. Se boa parte dessa toxicidade fosse evitada, poderíamos usar concentrações maiores de drogas-alvo diretamente no tumor.” Todo esse processo, porém, ainda está em âmbito de laboratório, com testes apenas em animais. “Há poucos anos foi reportada uma primeira tentativa clínica de carreamento magnético de droga anticâncer que obteve sucesso em 50% dos pacientes terminais testados”, diz a coordenadora da pesquisa.

1 – Escala

A nanobiotecnologia trabalha com a manipulação de átomos em escala nanométrica, ou seja, em uma escala 1 milhão de vezes menor que o milímetro, espaço suficiente para acomodar no máximo 10 átomos. Como um exemplo comparativo, um fio de cabelo possui um diâmetro que varia de 30 mil a 100 mil nanômetros.