Morcegos, mosquitos, braços e a infecção pelo vírus da AIDS

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Típica noite de verão. Calor, muito calor. Aí você escancara a janela, na esperança de refrescar o ambiente, e resolve se atirar no sofá pra descansar um pouco. Eis que subitamente entra um morcego, sobrevoa a sala toda e vai na sua direção. O que fazer, pequeno gafanhoto? Antes de pensar se corre ou se fica, é quase instantâneo agitar os braços para afastar o animal e proteger o rosto. Agora troque o morcego por um minúsculo mosquito. A reação de agitar os braços para afastá-lo pode até ocorrer, mas não vai adiantar muito. O mosquito vai ultrapassar esse bloqueio facilmente porque, convenhamos, é bem menor que um morcego.

Foi uma sacada simples como essa que um grupo de pesquisadores nos Estados Unidos usou para construir nanopartículas que podem ser capazes de reduzir bastante a chance de uma pessoa ser infectada pelo vírus da AIDS no futuro. As nanopartículas em questão têm um núcleo constituído por material inerte (ou seja, que não interfere em nosso organismo e nem é destruído por ele). Esse núcleo é revestido por uma membrana de fosfolipídeos (moléculas presentes também na membrana de nossas células) e melitina. A melitina é uma toxina presente no veneno de abelhas, capaz de criar poros nas membranas celulares. Esses poros causam vazamento das células, levando-as à morte. Isso vale tanto para as nossas células quanto para a capa de lipídio e glicoproteínas que envolve o material genético do vírus da AIDS. Sem ela, o vírus fica vulnerável ao meio externo e perde a capacidade de se ligar às nossas células e iniciar o processo de infecção. Aí você pergunta: mas então essas nanopartículas não vão acabar também com as MINHAS células? E o que tem a ver esse papo de morcego, braços e mosquitos aí em cima? Eu respondo: Tudo a ver. Além da membrana de fosfolipídeos e melitina, as nanopartículas apresentam “braços” (na figura abaixo está indicado como PEG, que é um polímero já mencionado em outros carnavais aqui no Bala Mágica).

hood et al 2012(Figura retirada do artigo original)

Esses braços de PEG são capazes de afastar nossas células (que são grandes o suficiente para não ultrapassar esse bloqueio), mas não afastam os vírus (suficientemente pequenos). Por causa disso, apenas os vírus entram em contato direto com a melitina na superfície da nanopartícula. É nesse momento que ocorre a destruição da capa do vírus, impedindo-o de se fundir às nossas células e iniciar o ciclo infeccioso. O potencial da ideia é futuramente aplicar essas nanopartículas em géis vaginais, como forma de prevenção da contaminação pelo HIV. Cabe salientar que essa não é uma cura (porque funciona no caso de vírus fora das nossas células, e não dentro delas) e que ainda é preciso percorrer um longo caminho para que algo assim chegue ao mercado. Embora ainda em estudos iniciais, essas nanopartículas podem vir a ser uma esperança para casais que desejam ter filhos, onde um é portador do vírus.

Hood, J., Jallouk, A., Campbell, N., Ratner, L., & Wickline, S. (2012). Cytolytic nanoparticles attenuate HIV-1 infectivity Antiviral Therapy, 18 (1), 95-103 DOI: 10.3851/IMP2346

A revolução de 1911

Você pode estar pensando:

“- Revolução? Em 1911? Fernanda enlouqueceu… tanto tempo longe do blog fez mal pra cabeça dela…”.

ou

“-Bem, houve mesmo uma revolução na China em 1911…. mas como isso estaria relacionado à química ou à nanotecnologia? Bala Mágica por acaso virou blog de história agora? Fernanda enlouqueceu… tanto tempo longe do blog fez mal pra cabeça dela…”

ResearchBlogging.org Embora tenha mesmo ficado distante do blog porque meu lado rato-de-laboratório aflorou de forma particularmente intensa nos últimos tempos, ainda não perdi o juízo. Realmente acredito que uma revolução aconteceu em 1911, e não foi na China. Ora, vejamos…. há cem anos uma mulher ganhou o Prêmio Nobel de Química. Sim, a admirável pesquisadora franco-polonesa Marie Sklodowska-Curie. Admirável, por ser a primeira mulher a receber o título de Doutora em Ciências na Europa e ainda por cima ser a primeira pessoa a receber dois Prêmios Nobel na vida – de Física em 1903, pela descoberta da radioatividade, e de Química logo depois, pela descoberta dos elementos polônio e radio. Embora possa parecer, não é da revolução feminista que quero falar. Até porque sabemos que ela aconteceu só uns cinqüenta anos depois.
A revolução à qual me refiro começou sem armas, mas com muitos choques. Foi causada pela descoberta de novos espaços, mas sem tomada de territórios. Não ocorreu por iniciativa de ativistas políticos ou de um líder do povo, mas sim por causa de um pequeno grupo de físicos, na solidão de um laboratório na Universidade de Manchester (UK).
A saga começa cerca de 10 anos antes da data apontada no título desse post, quando os físicos Ernest Rutherford e Paul Villard classificaram diferentes tipos de radiação conforme sua capacidade de penetrar em objetos e causar ionização. A radiação foi dividida por esses cientistas em alfa, beta e .. adivinhe… gama. Destas, a radiação alfa é aquela que apresenta menor capacidade de penetração, podendo ser bloqueada por uma simples folha de papel. Podemos considerar essa radiação como sendo partículas com carga positiva e massa determinada – hoje, sabemos que partículas alfa nada mais são que dois prótons e dois nêutrons (ou seja, o núcleo de um átomo de hélio-4). Só para situar o leitor sobre o grau de conhecimento da época, ainda acreditava-se que os átomos eram formados por um mar de carga positiva contendo regiões pontuais de carga negativa (o famoso modelo do pudim de passas sobre o qual ouvimos falar na escola).
As partículas alfa podem ser obtidas a partir do decaimento de brometo de radio, um dos compostos radioativos descobertos por madame Curie. E foi justamente brometo de radio que os físicos Hans Geiger e Ernest Marsden utilizaram para produzi-las, num experimento famoso coordenado por Ernest Rutherford em 1909. Ao redor de uma folha de ouro muito fininha mesmo, foi disposta uma folha circular de sulfeto de zinco. A ideia era bombardear a tal folha de ouro fininha com partículas alfa, pra ver o que aconteceria. O sulfeto de zinco atuaria como uma espécie de filme fotográfico, marcando os locais para onde as partículas alfa seriam projetadas após o bombardeio. Qual seria a hipótese lógica para esse experimento na época? Todas as partículas alfa (cuja carga era positiva, já se sabia) atravessariam a folha de ouro, porque a carga positiva estaria bastante “espalhada” no pudim esférico que constituía os átomos, de forma que não haveria repulsão significativa de carga. Algumas partículas alfa poderiam sofrer alguns pequenos desvios, se encontrassem pelo caminho as “passas” de carga negativa mais concentrada ali presentes.
Surpreendentemente, os cientistas observaram não só o esperado, mas também algo completamente bizarro: algumas daquelas partículas alfa bombardeadas simplesmente ricochetearam de volta! Rutherford interpretou esse resultado no seu famoso artigo de 1911, como sendo causado pela presença de algo realmente muito denso e pequeno no centro do átomo, que impediria a passagem das partículas alfa numa colisão de frente. Esse “algo” provavelmente teria carga positiva também. E as cargas negativas? Bem, elas deveriam estar ali no átomo para neutralizar as cargas positivas. No entanto, muitas partículas alfa não foram desviadas, e se topassem com cargas negativas, necessariamente seriam desviadas (aquela velha história dos opostos, você sabe). Bem, se não bateu em nada positivo, nem em nada negativo, não bateu…. em nada! Sim, o átomo seria um sistema composto por um núcleo muito pequeno de carga positiva e massa considerável, envolto por um gigantesco espaço onde estariam os elétrons de carga negativa e um monte de ….. vazio. Tal qual uma bola de futebol no meio de um estádio, com apenas algumas centenas de pessoas nas arquibancadas, assim seria um átomo com seu núcleo e seus elétrons (os quais estariam nessa região imensa ao redor do núcleo, chamada eletrosfera). Definitivamente, os dias de analogia culinária para o átomo haviam acabado.
As ideias de Rutherford serviram como base para um novo entendimento sobre a estrutura da matéria. Desde então, tivemos um século de descobertas espantosas, e um salto gigantesco no âmbito da química – motivo mais que suficiente para um ano inteiro de celebração. Interessante como descobrir tudo e nada onde menos se esperava fez toda a diferença …
[continua no próximo post …. ]
(a reflexão que resultou nesse post e no próximo veio de uma conversa sobre história da ciência, no meio de tantas outras, num desses dias de fevereiro… obrigada ao Fabiano pela inspiração e pelas ideias para esses textos)

Geiger, H., & Marsden, E. (1909). On a Diffuse Reflection of the Formula-Particles Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 82 (557), 495-500 DOI: 10.1098/rspa.1909.0054
Rutherford, E. (1911). The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom Philosophical Magazine , 6 (21), 669-688

Para que Bala Mágica? Use logo uma ARMA mágica, oras!

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Já me disse alguém que eu adoro um clichê. De fato, bala mágica é um dos cinco clichês científicos abomináveis que devemos jogar num buraco negro (hehehe). Então, que tal fazer um upgrade na expressão (e no conceito) e usar logo de uma vez… uma arma mágica! (Cuidado, hein leitor incauto! Estou bélica hoje)
A proposta do nome Arma Mágica é recente, embora a ideia em si seja mais antiga. Seu argumento é baseado no fato de que o acúmulo do fármaco na região de vascularização do tumor em comparação com as demais regiões do corpo não significa necessariamente que ocorrerá uma distribuição eficiente do fármaco DENTRO do tumor. Note que esses conceitos realmente são diferentes. Lembra do efeito EPR? Se você tem fármaco encapsulado dentro de nanopartículas, e essas nanopartículas que circulam pelo sangue passam por uma região de tumor, elas se acumulam nesse local porque “escapam” da corrente sanguínea devido ao aumento dos espaços entre as células dos vasos da região tumoral – esse aumento localizado da permeabilidade dos vasos sanguíneos garante o acúmulo na superfície do tumor, mas não garante que as nanopartículas penetrarão profundamente nele.
É nesse ponto da história que entram peptídeos contendo a seqüência de aminoácidos arginina-glicina-aspartato. Tais peptídeos são capazes de se ligarem a integrinas (uma família de receptores celulares) presentes tanto no endotélio quanto no parênquima da região tumoral. Há dois tipos, o RGD e o iRGD. Cada letra corresponde a um aminoácido. O i do nome quer dizer que o peptídeo é quebrado depois de se ligar à integrina de um jeito tal que resulta na perda da sua afinidade com a dita integrina e ganho da afinidade por um outro receptor de membrana chamado neuropilina-1 (NRP-1). Quando uma molécula se liga à NRP-1, vai para dentro da célula. Nesse caso, a NRP-1 é como uma porta – para entrar é preciso se ligar a ela, ou melhor, girar a maçaneta. Dessa forma, o RGD pode ser usado para direcionar o fármaco para o local do tumor, mas o iRGD tem a vantagem de direcioná-lo E internalizá-lo.
Fármacos quimicamente ligados a peptídeos iRGD podem ser internalizados no tecido do tumor através desse um mecanismo ativo de endocitose, garantindo uma maior eficácia do tratamento (que ainda está em fase de estudo, não há tal tratamento disponível para a população ainda). Mas o mais interessante na minha humilde opinião é que o fármaco pode ser internalizado sem estar quimicamente ligado ao iRDG. Basta que ambos sejam administrados ao mesmo tempo. Isso é vantajoso porque às vezes modificações químicas na estrutura do fármaco podem comprometer sua atividade biológica. A co-administração do iRGD com nanopartículas contendo o fármaco também teve o mesmo efeito de aumento da eficácia biológica. O nanoencapsulamento se justifica no caso de fármacos com baixa afinidade pela água, pois pode reduzir efeitos adversos do tratamento por evitar o uso de co-solventes. Embora a ideia pareça realmente bastante promissora, ainda há muitas perguntas a serem respondidas quanto ao uso de seqüências iRGD para esse fim. Afinal, testes clínicos ainda não foram feitos, e o que vale para animais de laboratório pode não se repetir tão bem em humanos. É preciso verificar, a partir de estudos clínicos, se efeitos tóxicos não poderiam ser exacerbados pela ligação do iRGD a locais não-tumorais contendo integrinas. E isso não vale só para estudos envolvendo iRGD, mas para todos aqueles que utilizam a estratégia ligante-receptor (também conhecida como vetorização ativa).
Moral da história: renomear uma ideia que não é completamente nova com um nome chamativo e descolado dá o maior ibope.
OBS.: O tema foi dica do Takata

Feron, O. (2010). Tumor-Penetrating Peptides: A Shift from Magic Bullets to Magic Guns Science Translational Medicine, 2 (34), 34-34 DOI: 10.1126/scitranslmed.3001174
Sugahara, K., Teesalu, T., Karmali, P., Kotamraju, V., Agemy, L., Girard, O., Hanahan, D., Mattrey, R., & Ruoslahti, E. (2009). Tissue-Penetrating Delivery of Compounds and Nanoparticles into Tumors Cancer Cell, 16 (6), 510-520 DOI: 10.1016/j.ccr.2009.10.013
Sugahara, K., Teesalu, T., Karmali, P., Kotamraju, V., Agemy, L., Greenwald, D., & Ruoslahti, E. (2010). Coadministration of a Tumor-Penetrating Peptide Enhances the Efficacy of Cancer Drugs Science, 328 (5981), 1031-1035 DOI: 10.1126/science.1183057

(nano-) Casulos de Dragão

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Tailândia, Indonésia, Filipinas, Coréia do Sul, Vietnã, China. Por alguma razão que não sei explicar muito bem, se me perguntassem que país eu gostaria de conhecer primeiro (ainda não tive a oportunidade de sair do Brasil), citaria um destes países asiáticos, sem pestanejar. Talvez o mais fascinante de todos seja a China. Na província de Yunnan, sudoeste da China (perto de Laos e Vietnã), é fabricado um tipo muito peculiar de chá que, ironicamente, faz muito mais sucesso no seu vizinho Japão – cujos nativos são notórios pelo bom-gosto estético. Esse chá é preparado da seguinte maneira: ainda úmidas, as folhas de Camellia sinensis (nome científico do chá) são arranjadas como uma bola, contendo uma flor dentro de si. Após passar pelo processo de secagem, oxidação e cozimento, o resultado é uma espécie de casulo que, quando submerso em água fervente, expande-se lentamente simulando o desabrochar de uma flor. Durante esse processo, que pode levar de 1 a 10 minutos, substâncias presentes no casulo difundem para a água, que se converte no delicioso chá. Devido ao seu formato, essas bolas de chá são conhecidas na China como Casulos de Dragão.







Legal, né? Sabia que temos algo parecido ao Casulo de Dragão no nano(bio)mundo?
Não, não é delírio de uma mente insana. Para explicar essa improvável similaridade, permita-me um parênteses. Já ouviu falar em óxido nítrico? Ele é um gás produzido naturalmente pelo corpo, capaz de aumentar a resposta imunológica contra infecções, estimular a cura de feridas e aumentar o fluxo de sangue através da dilatação das veias. O problema do óxido nítrico é que ele é um gás com vida curta no organismo. Para tirar o máximo proveito dele, o ideal seria construir um dispositivo capaz de armazená-lo e de liberá-lo num ponto desejado do organismo aos poucos, para um efeito mais duradouro.
Aí é que entram os “nano-casulos de dragão”.* Pesquisadores do Albert Einstein College of Medicine (New York, USA) desenvolveram nanopartículas capazes de carregar óxido nítrico e liberá-lo de uma maneira que lembra as famosas bolas de chá chinesas. Quando aplicadas na pele, essas nanopartículas absorvem água, incham e começam a liberar o óxido nítrico de forma sustentada no local desejado.
E os resultados são muito promissores! Por quatro dias, ratos com abscessos causados por bactérias resistentes a antibióticos foram tratados com nanopartículas contendo óxido nítrico, nanopartículas “vazias” (sem óxido nítrico) ou placebo. Apenas o grupo de ratos tratados com nanopartículas contendo óxido nítrico apresentou melhora significativa dos abscessos – ou seja, eles ficaram livres da infecção e suas feridas cicatrizaram.**
Além de ser uma futura possibilidade de tratamento para infecções de bactérias resistentes a antibióticos (hoje o único tratamento nesses casos consiste em drenagem cirúrgica), as nanopartículas contendo óxido nítrico também poderiam ser utilizadas como tratamento tópico para disfunção erétil, já que óxido nítrico aumenta o fluxo sanguíneo dos tecidos. Será que o famoso azulzinho está com os dias contados?
P.S. (sempre tem um…):
* Embora as nanopartículas inchem tal qual um casulo de dragão em contato com a água, o termo “nano-casulos de dragão”, esse sim, saiu da mente insana desta blogueira e, em nenhum momento, foi sugerido pelos autores do estudo.
**É importante salientar que este é um estudo feito em animais, ainda há um longo caminho para algo assim chegar ao mercado e estar disponível para a população.
Fonte:

Han G, Martinez LR, Mihu MR, Friedman AJ, Friedman JM, & Nosanchuk JD (2009). Nitric oxide releasing nanoparticles are therapeutic for Staphylococcus aureus abscesses in a murine model of infection. PloS one, 4 (11) PMID: 19915659

Nanocoisas violando uma lei da física?

[continuando o post anterior…]



ResearchBlogging.org Imagine que você está acompanhando a trajetória de uma bola de pingue-pongue – o espaço tridimensional que corresponde ao seu campo de observação é muito semelhante ao que os físicos chamam de espaço de fase, utilizado para acompanhar a trajetória de uma partícula numa simulação de computador. Se soubermos qual é a velocidade e a posição de uma partícula em um tempo inicial qualquer e conhecermos quais equações regem o seu movimento, podemos prever as trajetórias passada e futura dessa partícula. Isso é possível porque as equações de movimento são reversíveis. No entanto, a segunda lei da termodinâmica determina que “a quantidade de entropia de qualquer sistema isolado (fora do equilíbrio) tende a aumentar até atingir um máximo (que corresponde ao seu estado de equilíbrio)” Epa! Percebeu que há algo que aparentemente não fecha nessas duas teorias? Se a entropia tende a aumentar a partir de um tempo inicial, então o desenrolar do movimento da tal partícula mencionada acima vai elevar a entropia do sistema, tanto na direção do passado quanto na direção do futuro (porque as equações de movimento são reversíveis). Se você lembra do que já foi escrito aqui a respeito da seta do tempo, deve ter captado o paradoxo.
Se formos bem criteriosos tal qual o Roberto Takata, observaremos que a definição da segunda lei poderia ser mais adequadamente descrita considerando seu aspecto probabilístico, ao afirmar que na verdade ela apenas quer dizer que “é extremamente improvável que a entropia de um sistema fechado decresça em um dado instante”.

(não desanime! continue lendo, vai valer a pena! por favor?)
gato_de_botas.jpg

Ora, a grosso modo, para tempos relativamente longos e sistemas grandes, a probabilidade de redução da entropia é ridiculamente desprezível e, nessas condições, pode-se considerar sem medo de ser feliz que ela sempre aumenta até atingir um máximo. A questão – e esse é o ponto-chave da coisa toda – é que tal probabilidade já não é tão desprezível assim para sistemas muito pequenos em tempos muito curtos. Pasme como eu, leitor: nesses casos, a entropia pode ser CONSUMIDA ao invés de produzida (daí o termo “violação” da segunda lei)
Uma equação matemática foi proposta em 1993 por Evans e colaboradores para predizer “violações” mensuráveis e relevantes da segunda lei para sistemas numa escala pequena de tamanho durante curtos períodos de tempo. Eles a chamaram de teorema das flutuações, porque se refere às flutuações do grau de entropia de um sistema em relação a uma média. Parece difícil entender isso à primeira vista, mas é como pensar na loucura do clima: em alguns dias chove, em outros faz um sol danado (flutuações) e na média um mês pode ser chuvoso, seco, etc. O fato de que um mês qualquer foi muito chuvoso não quer dizer que em nenhum momento desse período fez um belo dia de sol. Capiche? A ideia é genial, mas o fato é que NENHUMA demonstração experimental desse teorema havia sido feita. Até agora.
And now, the conclusion.
Wang e colegas conseguiram realizar essa façanha em 2002. Ao acompanhar a trajetória de nanopartículas de látex suspensas em água, empregando uma “armadilha óptica” composta por feixes de laser, eles demonstraram experimentalmente o “consumo espontâneo” de entropia em sistemas com distância coloidal (de poucos nanômetros) em tempos da ordem de segundos. Os resultados experimentais foram muito semelhantes àqueles obtidos por simulação de computador. De acordo com os autores, os resultados obtidos podem ajudar a entender como funcionam os motores de proteínas e também as nanomáquinas que o homem eventualmente construirá.
O teorema das flutuações indica que transformar máquinas macroscópicas em máquinas microscópicas não é uma simples questão de redução de escala. Quanto menores esses dispositivos, maior é a probabilidade de que funcionem de forma “termodinamicamente reversa” àquela esperada para a escala macroscópica. Se construirmos nanomáquinas, precisamos considerar que elas estarão sujeitas a esse efeito. Da mesma forma, as nanomáquinas “biológicas” dentro das nossas células devem tirar algum proveito disso tudo. Portanto, a resposta à pergunta feita pelo Joao é que o teorema das flutuações tem sim importantes implicações para a nanotecnologia e – nas palavras dos autores – também no próprio entendimento de como funciona a vida.
Um P.S. importante: Antes que alguém mais imaginativo encha-se de esperanças ao ler esse texto, é bom deixar claro que nanomáquinas jamais poderiam ser moto-perpétuos, pois ao longo do tempo a probabilidade média de aumento da entropia é cada vez maior. É, meu amigo, não tem jeito… A segunda lei é inexorável!

Evans, D., Cohen, E., & Morriss, G. (1993). Probability of second law violations in shearing steady states Physical Review Letters, 71 (15), 2401-2404 DOI: 10.1103/PhysRevLett.71.2401
Wang, G., Sevick, E., Mittag, E., Searles, D., & Evans, D. (2002). Experimental Demonstration of Violations of the Second Law of Thermodynamics for Small Systems and Short Time Scales Physical Review Letters, 89 (5) DOI: 10.1103/PhysRevLett.89.050601


Saúde !

ResearchBlogging.org Semana de recesso entre o Natal e o Ano Novo é sempre assim: muita comida, muita bebida, preguiça …. Por que fugir desses temas, não é mesmo? Falemos de comida e de bebida! Tenho muita curiosidade em experimentar as culinárias grega e turca (melhor ainda se fosse in loco, não?)
Os gregos e os turcos têm o costume de oferecer mezedes, que são porções de antepastos, para acompanhar uma bebida antes das refeições. As bebidas preferidas dos gregos e dos turcos nessas ocasiões são o ouzo e o raki, respectivamente. Elas são uma espécie de aguardente com essência de anis, e podem ser degustadas puras ou adicionadas de água. No último caso, a mistura adquire uma cor esbranquiçada. É por isso que o raki é conhecido como “leite de leão” lá na Turquia (sem piadinhas infames nesse momento, hein?). Isso também ocorre com outra bebida dessa parte do mundo, o arak árabe, que é conhecido como “leite de camelo” pelos mesmos motivos.
Achei um vídeo um tanto quanto tosco de japinhas felizes preparando uma dose de raki. Observe que o camarada do vídeo mistura água (incolor) ao raki puro (incolor). Nesse momento, ocorre a formação instantânea da mistura leitosa.
Em média, essas bebidas têm de 40 a 50 % de teor alcoólico, e todas contêm essência de anis, que é um óleo essencial. Quando água é adicionada à bebida, o óleo de anis (que estava solúvel na bebida) se torna insolúvel devido ao excesso de água. No entanto, como a água e o álcool se misturam, o óleo de anis se organiza na forma de gotas extremamente pequenas. O resultado é uma mistura com aspecto leitoso, devido ao espalhamento da luz pelas gotas de óleo. O processo de formação dessa mistura foi estudado e batizado de Efeito Ouzo pelo grupo de pesquisadores liderados por Joseph Katz (Johns Hopkins University Baltimore, USA), em homenagem à bebida grega (se você ouvir falar por aí em emulsificação espontânea, saiba que é a mesma coisa).
O princípio termodinâmico que explica a formação e a estabilidade dessas emulsões está relacionado com o diagrama de fases de uma mistura complexa. O álcool, a água e o óleo de anis estarão ou não solúveis de acordo com a concentração de cada um na mistura. Se um dos componentes não estiver solúvel, a mistura pode ser instável (com separação das fases, tal como óleo de soja e vinagre misturados grosseiramente) ou estável (se o tamanho das gotas de óleo for muitíssimo pequeno). O interessante do Efeito Ouzo é que ele permite não só o preparo de uma bebida para deleite de gregos, turcos e admiradores, mas também a obtenção de nanopartículas capazes de liberar fármacos no organismo. Sim, caro leitor, esse princípio é usado em laboratório para preparar nanocápsulas poliméricas: um solvente orgânico capaz de se misturar em água (ex. álcool, acetona) contendo óleo, polímero e fármaco, é vertido em água contendo um tensoativo (uma espécie de estabilizante) e… voilá! Nanocápsulas novinhas saindo!!!
Bem, depois desse papo todo a respeito de comidas, bebidas e – ok – nanocoisas, só resta desejar uma boa e preguiçosa semana. Como diriam os turcos antes de um gole de raki:
Şerefinize! Afiyet olsun!
P.S.: Eu nunca testei, mas provavelmente a brincadeira dos japinhas do vídeo possa ser feita também com absinto.

Ganachaud, F., & Katz, J. (2005). Nanoparticles and Nanocapsules Created Using the Ouzo Effect: Spontaneous Emulsification as an Alternative to Ultrasonic and High-Shear Devices ChemPhysChem, 6 (2), 209-216 DOI: 10.1002/cphc.200400527
Vitale, S., & Katz, J. (2003). Liquid Droplet Dispersions Formed by Homogeneous Liquid−Liquid Nucleation: “The Ouzo Effect” Langmuir, 19 (10), 4105-4110 DOI: 10.1021/la026842o

Movimentos peristálticos autônomos… de um gel polimérico!

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Não, não se trata de um episódio de seriado de ficção científica. Lembra do post anterior sobre sistemas longe do equilíbrio e como as flutuações afetam a sua evolução? Pois é, não são apenas seres vivos que podem ser evocados como exemplos de estruturas dissipativas (na verdade, muitas estruturas organizadas do universo podem ser classificadas como tal). Na década de 1950, o químico russo Boris Belousov descobriu que uma combinação de ferroína e determinados bromatos, sulfatos e ácidos numa concentração específica resultam em uma reação química oscilatória. O filme abaixo ilustra bem esse processo: observe que após o início da reação, há a formação de círculos que se expandem de forma padronizada e só desaparecem quando todo o reagente é consumido.



Por não saber explicar esse fenômeno, Belousov teve seu trabalho rejeitado por editores de revistas científicas da época, e acabou publicando seus dados em uma revista pouco respeitada. Em 1961, o estudante de pós-graduação Anatol Zhabotinsky redescobriu essa reação, e por isso ela é atualmente chamada reação de Belousov-Zhabotinsky, ou reação BZ. Hoje, à luz de trabalhos como o de Ilya Prigogine, sabe-se que essa reação pode ser explicada como um sistema longe do equilíbrio termodinâmico e as estruturas circulares formadas na reação são exemplos de estruturas dissipativas. Cada cor corresponde a um composto formado na reação. Fica fácil ver que os círculos são formados porque os compostos são produzidos de forma cíclica (ou seja, de forma oscilatória).
Cientistas japoneses acharam uma forma muito criativa de usar a reação BZ para gerar movimento peristáltico em géis de poliacrilamida, tal qual aquele feito por organismos vivos. A poliacrilamida é um polímero que responde às mudanças de calor, inchando ou desinchando conforme a temperatura do ambiente. Pois bem, na reação BZ ocorre a liberação de calor durante a formação dos produtos. Como a reação BZ é cíclica, a liberação de calor também é cíclica. Você já adivinhou a ideia dos japoneses? Sim, eles imergiram uma solução aquosa contendo quase todos os reagentes da reação BZ num gel de poliacrilamida. Ao adicionar os reagentes que faltavam, a reação começou, gerando ondas cíclicas de calor induzidas pela reação BZ. Essas ondas de calor produziram inchamentos e desinchamentos periódicos no gel, tal qual um movimento peristáltico.

poliacrilamida 1.jpg

Esse movimento peristáltico possibilitou o transporte de pequenos objetos de forma controlada. Observe o cilindro na figura abaixo – ele se movimenta rolando. É como deslizar o dedo ao longo de um canudinho para empurrar para fora todo o resto de suco que há dentro dele, só que, ao invés de deslizar o dedo de forma contínua, você vai apertando o canudinho ao longo de toda a sua extensão – ao fazer isso, você está gerando movimentos peristálticos que vão empurrando o resto de suco para fora.

poliacrilamida 2.jpg

No futuro, essa idéia poderia ser aperfeiçoada e empregada no desenvolvimento de nanomáquinas capazes de transportar matéria de forma autônoma. Genial, não é?
Agradecimento ao Prof. Paulo Netz, pela leitura crítica desse texto
Maeda, S., Hara, Y., Yoshida, R., & Hashimoto, S. (2008). Peristaltic Motion of Polymer Gels Angewandte Chemie International Edition, 47 (35), 6690-6693 DOI: 10.1002/anie.200801347

Para chegar ao cérebro, só com passe VIP!

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Pode não parecer à primeira vista, mas para um fármaco chegar ao cérebro, ele precisa ser especial. Está pensando que é qualquer um que pode passar pela barreira hematoencefálica?

Se a última palavra embaralhou, eu explico: barreira hematoencefálica nada mais é que o conjunto de células super-ultra-mega unidas que compõem os vasos sanguíneos do cérebro. Os espaços entre essas células são tão pequenos que praticamente nada as atravessa. Você deve estar pensando: como os nutrientes que estão no sangue chegam ao cérebro, se nada passa pela barreira? Moléculas maiores, como a glicose, passam do sangue para o tecido cerebral através de mecanismos especiais sofisticados, envolvendo “transportadores” que permitem sua passagem de forma seletiva. Moral da história: a entrada de substâncias no cérebro é algo altamente controlado, e não é para qualquer molécula não!

A barreira hematoencefálica é uma complicação a mais para quem desenvolve novas moléculas para o tratamento de doenças cerebrais – é preciso que o fámaco chegue no local da doença para poder agir. Se é difícil fazer uma molécula atravessar a barreira, a nanobiotecnologia pode dar a ela um passe VIP e facilitar as coisas: quando encapsulamos uma molécula em uma nanopartícula e revestimos a mesma com polissorbato 80, conseguimos fazer com que ela atravesse a barreira hematoencefálica e atinja o tecido cerebral.

Quer um exemplo dessa estratégia? Pesquisadores da Índia e da Malásia encapsularam rivastigmina, um fármaco usado no combate ao Mal de Alzheimer, em nanopartículas poliméricas. Metade das nanopartículas foi revestida com 1% de polissorbato 80 e outra metade não foi. Ratos foram tratados de três maneiras diferentes: 1) com rivastigmina não-encapsulada, 2) com rivastigmina em nanopartículas poliméricas sem polissorbato 80, e 3) com rivastigmina em nanopartículas poliméricas revestidas por polissorbato 80. O resultado pode ser visto claramente no gráfico abaixo:


As setas coloridas, cuja adição na figura é por minha conta, indicam a concentração de fármaco que atravessou a barreira hematoencefálica e chegou ao tecido cerebral. A seta vermelha aponta para o fármaco encapsulado em nanopartículas revestidas com polissorbato 80. Fica evidente que a concentração de fármaco no cérebro, neste caso, é muito maior que aquela proporcionada pela encapsulação em nanopartículas sem polissorbato 80 (seta verde). Por sua vez, encapsular a rivastigmina em nanopartículas sem polissorbato 80 (seta verde) dá o mesmo resultado que administrá-la da forma convencional – sem uso da nanotecnologia (seta amarela).

A conclusão? Nanopartículas revestidas com polissorbato 80 fizeram com que mais fármaco chegasse ao tecido cerebral – isso é positivo, ja que mais fármaco no local de ação aumenta a eficácia do tratamento. Essa estratégia é válida não só para o Mal de Alzheimer, mas também para tumores e outras desordens cerebrais.

Uma pequena observação…

Como fica evidente no gráfico, a rivastigmina chegou a outros locais além do cérebro: fígado, baço, pulmões, rins. Isso demonstra que nem sempre é possível atingir o ideal, que é fazer com que o fármaco chegue apenas ao local de ação no corpo (no caso, o cérebro). Embora mais fármaco chegue ao cérebro usando a estratégia do polissorbato 80, o paciente não estará livre de potenciais efeitos adversos causados pela chegada do fármaco em outros locais que não são o alvo, tal qual já acontece em um tratamento convencional que não emprega nanotecnologia.

WILSON, B., SAMANTA, M., SANTHI, K., KUMAR, K., PARAMAKRISHNAN, N., & SURESH, B. (2008). Poly(n-butylcyanoacrylate) nanoparticles coated with polysorbate 80 for the targeted delivery of rivastigmine into the brain to treat Alzheimer’s disease Brain Research, 1200, 159-168 DOI: 10.1016/j.brainres.2008.01.039

Como controlar a liberação de substâncias ativas usando laser

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Você descobre que tem uma doença e seu médico diz que você precisa tomar uns 5 medicamentos diferentes. Detalhe: um deles deve ser tomado a cada 8h, outro a cada 6h, outro a cada 24h, etc etc. Agora imagine que você possa combinar todos esses medicamentos em uma única pílula – essa pílula, dentro do seu corpo, liberaria cada substância ativa num determinado horário sem a necessidade de qualquer interferência sua. Seria um medicamento deveras inteligente, não?
Pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology, USA) bolaram um sistema capaz de liberar diferentes substâncias ativas em diferentes horários – ok, com a necessidade de interferência do paciente, mas mesmo assim o resultado foi muito bacana. O estudo partiu de dois princípios: 1) quando nanopartículas de ouro são expostas à radiação infravermelha, elas podem fundir, 2) nanopartículas de diferentes formatos fundem em comprimentos de onda da radiação infravermelha diferentes. Só para lembrar, o comprimento de onda de uma radiação qualquer está relacionado com o quanto ela é energética (quanto maior é o comprimento de onda, menor é a energia da radiação).

Nesse estudo, fragmentos de DNA foram presos à superfície de nanopartículas de ouro cilíndricas com dois diferentes formatos: cilindros curtos ou cilindros longos. Os pesquisadores chamaram as nanopartículas cilíndricas longas de “nano-ossos” (nanobones) e as nanopartículas cilíndricas curtas de “nanocápsulas”.

(crédito: Andy Wijaya, MIT)

Ao fundir, as nanopartículas de ouro liberaram os fragmentos de DNA de forma controlada. Esse controle foi possível porque as nanopartículas cilíndricas curtas (as nanocápsulas) fundiram quando os pesquisadores incidiram sobre elas um laser de 800 nm, e apenas os fármacos ligados na superfície dessas estruturas foram liberados. Frente a esse laser de 800 nm, os nano-ossos permaneceram intactos. Os fármacos ligados aos nano-ossos só foram liberados depois, com a exposição a um laser de 1100 nm, que os fundiu.

O estudo em si não tem uma aplicação prática, mas é o que chamamos de “prova de conceito” – é um experimento que prova uma ideia. E essa ideia tem tudo para ser desenvolvida de forma a poder ser utilizada na prática médica nas próximas décadas. Isso é particularmente interessante em casos de doenças crônicas como AIDS e certos tipos de câncer, onde o paciente precisa tomar vários medicamentos. Como o controle da liberação depende de um fator externo (incidir o laser), talvez a ideia também seja promissora para o tratamento de diabetes – a liberação de insulina presa às nanopartículas poderia ser acionada logo após as refeições, pelo próprio paciente.

Cabe salientar que isso tudo ainda está longe de poder ser amplamente utilizado em larga escala. Como mencionado acima, é uma prova de conceito.

OBS.: Agradecimento à Cati Padilha por sugerir o tema desse post.

Wijaya, A., Schaffer, S., Pallares, I., & Hamad-Schifferli, K. (2009). Selective Release of Multiple DNA Oligonucleotides from Gold Nanorods ACS Nano, 3 (1), 80-86 DOI: 10.1021/nn800702n

Híbridos de nanodispositivos e sistemas biológicos existem?

ResearchBlogging.org

Como já comentei aqui, nanochips cerebrais cyberpunk ainda estão muito longe de existir. Mas isso não quer dizer que esforços não tem sido feitos para tentar integrar sistemas biológicos com dispositivos construídos pelo homem na escala nanométrica. Há cerca de 1 mês atrás a Tati Nahas me enviou um link muito interessante e, enrolada que sou, ainda não tinha escrito nada a respeito.

Pois bem, o link em questão é da Nature News – pesquisadores dos Estados Unidos construíram uma plataforma híbrida de nanofibras de silício mergulhadas em uma bicamada lipídica. Essa plataforma é capaz de converter sinais elétricos em sinais iônicos.

Sinais iônicos…. como assim? É que os sistemas biológicos (inclusive você, pequeno gafanhoto) usam uma combinação de gradientes iônicos e potenciais elétricos de membrana como forma de sinalizar coisas de uma célula para outra – é como uma complexa linguagem, que envolve receptores de membrana altamente específicos e fluxos de íons para dentro e para fora das células através de canais iônicos e bombas de prótons.

[Quer um exemplo corriqueiro disso? Certas células de nosso corpo passam a vida jogando íons sódio para fora e íons potássio para dentro – para cada 3 íons sódio transportados para fora, 2 íons potássios são transportados para dentro. Isso cria um gradiente elétrico na membrana celular, porque há mais íons fora do que dentro da célula e, portanto, a parte externa da membrana tem mais cargas positivas que a parte interna da membrana. O resultado disso? Um potencial de membrana! Quando esse potencial se inverte por algum motivo (de forma que a parte interna fica mais positiva que a externa), ocorrem eventos fisiológicos tais como a transmissão de impulsos elétricos entre os neurônios e a movimentação dos músculos. Essa inversão de cargas é o que chamamos de potencial de ação.]

Mas como ocorreu a conversão de sinais elétricos em sinais iônicos? Foi assim: os pesquisadores incorporaram um peptídeo na bicamada lipídica, chamado alameticina (que atua como um poro para íons) e aplicaram um campo elétrico às nanofibras de silício mergulhadas nessa bicamada. Conforme o campo elétrico aplicado, os poros de alameticina na bicamada lipídica que reveste as nanofibras se abriram ou se fecharam. Dessa forma, o fluxo de íons de um lado para outro da membrana foi controlado – o que por tabela resultou no controle do potencial de membrana.

Ainda não há aplicação prática para esse estudo, mas convenhamos que a ideia é bem promissora e faz a imaginação voar…

Uptade 11/09/2009: o tema desse post acabou de sair na última Pesquisa FAPESP Online.

Misra, N., Martinez, J., Huang, S., Wang, Y., Stroeve, P., Grigoropoulos, C., & Noy, A. (2009). From the Cover: Bioelectronic silicon nanowire devices using functional membrane proteins Proceedings of the National Academy of Sciences, 106 (33), 13780-13784 DOI: 10.1073/pnas.0904850106

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