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NANOTECNOLOGIA À BASE DE MICRO-ORGANIMOS! Fungo Que Produz Nanomateriais

NANOTECNOLOGIA À BASE DE MICRO-ORGANIMOS! Fungo Que Produz Nanomateriais

Edição Vol. 3, N. 10, 13 de Maio de 2016

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2016.05.16.004

A nanotecnologia hoje está presente em diversos materiais que usamos no dia-a-dia, desde o telefone celular até a raquete de tênis, o tênis que você usa até o shampoo com que lava o cabelo. Entretanto, a produção desses materiais que usamos depende da sua mistura com nanomateriais, estes tão pequenos quanto a milionésima parte de um fio de cabelo. Isso mesmo, cem mil vezes mais fino que um fio de cabelo! Embora sejam os nanomateriais são compostos químicos sintetizados artificialmente, um grupo de São Paulo utilizou um fungo para a produção de nanopartículas de prata! Uma ajudazinha da natureza no avanço da nanotecnologia!  

AFINAL, DE ONDE SURGIU ESSA NANOTECNOLOGIA?

A história dos nanomateriais começou imediatamente após o Big Bang! Sim, com a explosão que deu início ao universo, quando Nanoestruturas foram formados nos primeiros meteoritos. A natureza, mais tarde, evoluiu muitas outras nanoestruturas como conchas, esqueletos, etc. Partículas de fumo nanométricas foram formadas durante o uso do fogo pelos primeiros seres humanos.

A história científica dos nanomateriais, no entanto, começou muito mais tarde. Um dos primeiros artigo científico foram as partículas de ouro coloidal sintetizadas por Michael Faraday, em 1857. Catalisadores nanoestruturados também foram pesquisados durante os 70 anos posteriores. No início de 1940, nanopartículas de sílica precipitadas estavam sendo fabricadas e vendidas nos EUA e na Alemanha como substitutas do carbono preto ultrafino usado como reforço de borracha. Inúmeras aplicações de partículas de sílica amorfa nanométricas têm sido identificadas e usadas em diversos produtos de consumo do nosso cotidiano, que vão desde o creme de café não-diário até pneus de automóveis, fibras ópticas (e aqui podemos imaginar desde o uso da internet para o tráfego de informações até canetas com ponteiras lasers) e suportes de catalisadores, que promovem reações químicas de maneira mais rápida e barata.

Nos anos de 1960 e 1970 nanopós metálicos para fitas de gravação magnética foram desenvolvidos. Em 1976, pela primeira vez, nanocristais produzidos pela técnica de evaporação de gás inerte, que agora é comumente utilizada nos laboratórios de pesquisas de nanomateriais, foi publicado pelos cientistas Granqvist e Buhrman. Recentemente verificou-se que a tinta azul Maya é um material híbrido nanoestruturado. A origem da sua cor e da sua resistência a ácidos e biocorrosão ainda não está compreendida, mas estudos de amostras autênticas da Ilha de Jaina mostram que o material é feito de de cristais de paligorsquite (uma argila) em forma de agulha que formam uma super-rede com um período de 1,4 nm, isto é, formam quadrados que se repetem a uma distância que é cem mil vezes mais fina que um fio de cabelo. E ainda contêm compostos intercalados de substrato de silicato amorfo contendo inclusões de nanopartículas de metais. Parece complicado e é. Só para se ter a dimensão da estrutura e sua complexidade de síntese. Imagine isso sendo produzido a mais de mil anos atrás pela civilização Maia! Muitas cidades Maias atingiram o seu mais elevado estado de desenvolvimento durante o período clássico (250 d.C. a 900 d.C.). O tom da bela cor azul é obtida apenas quando ambas nanopartículas e a super-rede estão presentes, como foi demonstrado pela fabricação de amostras sintéticas, produzidas nos laboratórios atuais.

Provavelmente, o comentário histórico mais famoso sobre o avanço dos nanomateriais foi a apresentação pública de uma especulação, uma suspeita feita pelo físico Richard Feynman, em 1959, em uma reunião da Sociedade Americana de Física sobre os efeitos da manipulação de pedaços minúsculos da matéria condensada em sua famosa palestra “Há muito espaço lá embaixo”. Richard Feynman ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1965, pelos estudos sobre eletrodinâmica quântica.

Hoje, a engenharia de nanofase expande em um número crescente de materiais estruturais e funcionais, tanto inorgânicos quanto orgânicos, permitindo a manipulação de funções mecânicas, catalíticas, elétricas, magnéticas, ópticas e eletrônicas. A produção de nanofase ou materiais reunidos por agrupamento é geralmente baseada na criação de pequenos grupos separados que depois são fundidos em um material mais volumoso ou sua incorporação em materiais de matriz líquidas ou sólidos compactos. Por exemplo, a nanofase de silício, que difere do silício normal em propriedades físicas e electrônicas, podendo ser aplicada em processos de semicondutores macroscópicos para criar novos dispositivos. Por exemplo, quando o vidro comum é dopado com colóides semicondutores quantizados (que quer dizer em termos mais leigos, do tamanho de um átomo), torna-se um meio óptico de alto desempenho com aplicações potenciais em computação óptica.

FUNGOS QUE PRODUZEM NANOPRATA

Uma equipe do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (IQ-Unicamp), liderada pelo Prof. Dr. Nelson Durán, conseguiu produzir nanopartículas de prata utilizando um ser vivo, o fungo Phoma glomerata (1). É, à primeira vista parece tudo muito nebuloso, mas vamos clarear sua visão.

As nanopartículas de prata são partículas em tamanhos diminutos, tão pequenos quanto cem mil vezes mais fino que um fio de cabelo, estão compreendidas entre 1 nm e 100 nm de tamanho (Figura 1) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/proteina-corona-um-desafio-para-o-uso-de-nanoparticulas/ (2)). Embora frequentemente descrita como sendo “prata” alguns são compostos por uma grande porcentagem de óxido de prata devido à grande razão área por volume dos átomos de prata. Isto quer dizer que, quanto menor um material, ou partícula, maior é a sua área de superfície em contato com o ar. E como o ar tem oxigênio, este acaba por reagir com os átomos de prata, formando óxido de prata. Numerosas formas de nanopartículas podem ser construídas, dependendo da aplicação que se deseja. Comumente usadas são as nanopartículas de prata esférica, mas diamante, folhas octogonais e finas também são populares.

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Figura 1: Escala comparativa entre o mundo nano e o macro. Comparação entre o tamanho do menor átomo, o H, ao tamanho do nosso planeta, a Terra.

A sua área superficial extremamente grande permite a coordenação de um grande número de ligantes. Esses ligantes podem ser proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos como o DNA, RNA, açúcares, ou o que você tiver em mente. Veja um processo geral de síntese das nanopartículas de prata (Figura 2).  

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Figura 2: Representação geral da síntese e aplicações de nanopartículas de prata biologicamente sintetizadas utilizando extrato da planta.

As propriedades das nanopartículas de prata aplicáveis aos tratamentos humanos estão em estudos por todo o mundo, inclusive em nossos laboratórios e no do prof. Rodrigo R. Resende. É uma ciência básica que se volta para aplicações práticas de uso no cotidiano. É, vamos deixar claro aqui que, é a ciência básica que abre caminhos para aplicações práticas, assim nossos governadores terão uma noção do que é ciência. Nestas pesquisas investigamos a toxicidade, o uso das nanopartículas em diagnóstico de imagem, seu uso como antibacteriano e antifúngico e com isso é possível desenvolver tintas e roupas que não se contaminam com bactérias, importantes para uso em hospitais, por exemplo, além de possíveis tratamento contra células cancerígenas e infinidades de outros experimentos básicos, basta se ter imaginação para sua aplicação prática.

O uso das nanopartículas de prata e ouro como agentes antimicrobianos é uma nova estratégia para se combater doenças causadas por fungos e bactérias. Uma das grandes vantagens, além do custo mais reduzido (vide aí governantes), as nanopartículas antimicrobianas não apresentam efeitos colaterais como os antibióticos comumente utilizados no SUS. Como a produção das nanopartículas utiliza-se de meios de cultura baratos, tendo rendimento satisfatório e, ainda, não gera lixo tóxico, seu uso como medicamento ou em associação aos antibióticos, para potencialização de seus efeitos, é certo nos próximos anos.

Um dos usos que a prata coloidal, não em dimensões manométricas, se faz presente hoje é para o tratamento de infecções da pele por fungos, ou dermatomicoses (1). Como as nanopartículas possuem área superficial muito maior do que a prata coloidal, com uma quantidade menor das primeiras tem-se igual ou, até mesmo, maior efeito do que a última. No entanto, isso é para uso tópico, sobre a superfície do corpo. A ingestão de nanopartículas, no momento, não é aceitável por ainda não terem sido realizados testes de toxicidade em seres humanos.

USO DE SISTEMAS VIVOS PARA PRODUZIR NANOMATERIAIS

Substituir os métodos físico-químicos convencionais para a síntese de nanopartículas de prata é uma estratégia que reduz a geração de materiais que são tóxicos ao meio ambiente. Para isso, a imitação do que acontece na natureza é a inspiração para muitos de nós cientistas. Assim, fazemos uso de sistemas biológicos, como plantas, bactérias, algas e fungos, para realizar a produção, ou a síntese de compostos inorgânicos, como a prata nanométrica. Os dados do grupo do prof. Durán demonstraram que os fungos Phoma spp.

têm a capacidade de reduzir cátions (íons com carga positiva) de metal para formar nanopartículas de tamanhos e propriedades diferentes (1).

A escolha pelos fungos foi dirigida por estes serem seres organismos eucarióticos, isto é, aqueles organismos, plantas ou animais, cujas células apresentam seu núcleo envolvido por uma membrana (veja mais em (3) http://www.nanocell.org.br/explorando-a-primeira-celula-artificial-com-organelas-funcionais/), fornecendo maior robustez e uma maquinaria biológica sofisticada. Além deste fator, o cultivo deste fungo é mais simples, tendo maior disponibilidade de linhagens ou cepas. Esses organismos também apresentam a propriedade de extrair metais do meio extracelular, isto é, do meio ambiente, podendo ser reduzidos ou oxidados pela remoção ou acréscimo de elétrons.

CIÊNCIA BÁSICA GERANDO PRODUTOS COMERCIÁVEIS

A partir da ciência básica do estudo dos fungos para gerar as nanopartículas de prata, o grupo do prof. Durán produziu um protótipo de antifúngico para ser utilizado em gel e em esmalte contra onicomicose (infecção das unhas por fungos). “Agora, com apoio do Pipe [Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas] da FAPESP, vamos buscar a produção em maior escala, visando à utilização no tratamento de doenças negligenciadas e fúngicas de importância em humanos.” O novo medicamento está em estudos na empresa Donaire, de Americana (SP).

Referências 

1.M. Rai, A. P. Ingle, A. K. Gade, M. C. Duarte and N. Duran: Three Phoma spp. synthesised novel silver nanoparticles that possess excellent antimicrobial efficacy. IET Nanobiotechnol, 9(5), 280-7 (2015) doi:10.1049/iet-nbt.2014.0068

2.V. A. M. Goulart and R. R. Resende: PROTEÍNA CORONA: um desafio para o uso de nanopartículas. Nanocell News, 1(3) (2013) doi: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2013.11.21.003

3.F. C. P. Tonelli and R. R. Resende: EXPLORANDO A PRIMEIRA CÉLULA ARTIFICIAL COM ORGANELAS FUNCIONAIS. Nanocell News, 1(7) (2014) doi: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.02.20.005

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