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NANOTECNOLOGIA RECUPERA CORAÇÃO COM DEFEITO EM CRIANÇAS E CORAÇÃO INFARTADO!

NANOTECNOLOGIA RECUPERA CORAÇÃO COM DEFEITO EM CRIANÇAS E CORAÇÃO INFARTADO!

Edição Vol. 2, N. 2, 20 de Outubro de 2014

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.10.19.004

Em todo o mundo muitas crianças nascem com problemas cardíacos, seja por alguma má-formação congênita (genética) como, por exemplo, em casos em que a criança nasça com Síndrome de Down, ou mesmo por falta de oxigenação suficiente ou algum trauma durante o parto.

Ok, mas não é só em criança. Você é daqueles que adora uma carninha com bastante gordura? Ou um torresmo de barriga? Ah, não? Então, seu colesterol é alto? Já falamos aqui que os níveis de colesterol podem ser altos independentemente se a pessoa é gorda ou magra (1) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/o-que-e-hipertensao-3o-capitulo-controlando-o-colesterol/). E níveis altos de colesterol podem levar ao infarto cardíaco matando as células do coração fazendo com que ele pare de bater (2) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/estilo-de-vida-que-proteje-o-coracao-tambem-reduz-o-risco-de-cancer/).

Usando nanotubos de carbono, os pesquisadores da Universidade Rice (Rice University) e Hospital Infantil do Texas (Texas Children’s Hospital), nos EUA, criaram um biofilme para recuperar lesões no coração que melhoram a sinalização elétrica entre as células cardíacas imaturas e pode recuperar um coração infartado.

Os nanotubos de carbono são estruturas de carbono em forma de tubo, porém, em dimensões nanométricas, ou seja, em dimensões que são um bilhão de vezes menor que o metro (Figura 1). Para entender o que é a nanotecnologia, temos que saber o que é a unidade nanômetro. Vamos tomar como exemplo o cabelo humano, que geralmente tem, em média, 100 micrômetros de diâmetro, ou a décima parte de 1 mm (0,1 mm), ou a centésima parte de um centímetro (0,01 cm). Digamos que você encontrou um cabelo com espessura mediana, com diâmetro de 100 micrômetros. Um micrômetro equivale a 1.000 nanômetros; portanto, você precisaria cortar este fio pelo menos 100 mil vezes no sentido do comprimento para fazer um fio que tivesse um nanômetro de espessura (3).

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Figura 1: Nanotubos de carbono é uma forma alótropa do carbono, assim como o diamante e o carvão. Entretanto, os nanotubos possuem dimensões 1 bilhão de vezes menores que o metro. Sua estrutura é em forma de tubo, como uma folha dobrando sobre si mesma. A foto abaixo e à esquerda é uma micrografia eletrônica mostrando como são esses tubos de carbono.

Os nanotubos de carbono possuem propriedades fantásticas, e que são de altíssimo valor no campo da nanotecnologia, eletrônica, óptica e outros campos tecnológicos da ciência dos materiais. Particularmente, devido as suas extraordinárias propriedades de condução térmica, mecânica e elétrica, os nanotubos de carbono podem ter aplicações que possibilitem inúmeras melhorias nas estruturas dos materiais (4, 5).

A propriedade de conduzir eletricidade dos nanotubos permite a eles atuarem como pontes entre as células do coração, chamadas de cardiomiócitos, que não funcionam muito bem. É o caso de defeitos cardíacos em recém-nascidos. Os cardiomiócitos não amadurecem e não conseguem passar seus sinais para as células cardíacas vizinhas, assim, essas células não batem sincronizadas ou não batem, consequentemente, o coração pode sofrer várias arritmias e parar. Os nanotubos condutores amplificam os sinais elétricos das células cardíacas passando esses sinais sem obstáculos através dos biofilmes para o coração de crianças com defeito.

Foi utilizando esse nanomaterial que a equipe liderada pelo professor Dr. Jeffrey Jacot criou um biofilme feito com quitosana infundida com nanotubos de carbono condutores. Esse biofilme assemelha-se a uma esponja que contém poros microscópicos que mimetizam ou imitam a matriz extracelular do corpo (6) (Figura 2). Nosso grupo também desenvolveu alguns biomateriais semelhantes que são utilizados para a regeneração do tecido ósseo e, agora, estamos desenvolvendo para reparo de lesões cerebrais (5, 7).

Os nanotubos de carbono superam uma limitação dos biofilmes atuais em que as paredes dos poros impedem a transferência de sinais elétricos entre os cardiomiócitos, que se estabelecem no biofilme e, eventualmente, substituem-no por um novo músculo.

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Figura 2: Células do coração chamadas miócitos ventriculares cultivadas sobre um hidrogel com infusão de nanotubos de carbono mantiveram suas funções, possibilitando a criação de curativos que reparam defeitos cardíacos pediátricos. No topo, três biofilmes idênticos, porém um mais escuro do que o outro, contendo maiores concentrações de nanotubos de carbono, que melhoram a sinalização elétrica entre as células cardíacas imaturas. No centro, uma imagem de microscópio eletrônico de varredura mostra a estrutura do biofilme, com poros grandes o suficiente permitindo que as células do coração possam entrar nele. (Crédito: Jacot Lab / Rice University) Modificada de (6).

Os pesquisadores disseram que sua invenção poderia servir como um biofilme de espessura total para reparar defeitos decorrentes de Tetralogia de Fallot (um defeito cardíaco congênito representado pela hipertrofia do ventrículo direito e estenose pulmonar, assim, acontece um desvio do sangue do lado direito para o esquerdo), defeitos septais atriais e ventriculares e outros defeitos sem o risco de induzir ritmos cardíacos anormais.

Os biofilmes originais criados pelo laboratório do professor Jacot consistem principalmente de hidrogel e quitosana, um material amplamente utilizado feito de conchas de camarão e outros crustáceos. O adesivo está ligado a um esqueleto do polímero de hidrogel, que pode ter um ponto e mantê-lo no lugar cobrindo um buraco no coração. Os poros permitem que as células cardíacas invadam o biofilme, que diminui à medida que as células formem suas próprias redes. O biofilme, incluindo o esqueleto de polímero de hidrogel, degrada em semanas ou meses, uma vez que é substituído por tecido natural.

Pesquisadores da Rice e outros lugares descobriram que uma vez que as células tomam o seu lugar no biofilme, elas têm dificuldade de sincronizar com o resto do batimento cardíaco, já que o suporte, sem nanotubos de carbono, silencia os sinais elétricos que passam de uma célula para outra. Essa perda temporária de comunicação entre as células resultava em arritmias cardíacas.

Os nanotubos reforçam o acoplamento elétrico entre as células que invadem o biofilme, ajudando-as a manterem seu batimento constante no coração. Isto porque quando as células primeiro preenchem um biofilme, suas conexões são imaturas em comparação com o tecido nativo. Um suporte isolante pode atrasar o sinal de comunicação entre células à distância, mas os nanotubos forjam um caminho em torno dos obstáculos. Essa também é uma de nossas linhas de pesquisas.

O laboratório do professor Jacot descobriu que um componente que já estavam usando em seus biofilmes – a quitosana – mantém os nanotubos sem que estes se espalhaem. A quitosana é anfifílica, o que significa que tem porções hidrofílicas e hidrofóbicas, de modo que pode associar-se com os nanotubos (que são hidrofóbicos) e mantê-los sem aglutinação. Isso é o que permite usarem concentrações muito menores do que vários outros grupos já tentaram.

Devido à toxicidade dos nanotubos de carbono em aplicações biológicas permanecer uma questão em aberto, quanto menos nanotubos usar, melhor é. O ideal é manter no limiar da percolação, chegando nela com o menor número de nanotubos possível. Isso pode ser feito controlando a dispersão e usando os nanotubos de alta qualidade. Nosso grupo usa esses nanomateriais em colaboração com o prof. Dr. Luiz Orlando Ladeira, do Departamento de Física da UFMG.

O material é colocado em uma centrífuga para eliminar aglomerados dispersos e formam discos finos, do tamanho de uma unha com um esqueleto de policaprolactona biodegradável, que permite que o biofilme possa ser suturado no lugar. A liofilização, ou retirada de água, define o tamanho dos poros dos discos, que são grandes o suficiente para que as células cardíacas naturais possam se infiltrar e que também permitam a passagem de nutrientes e resíduos.

Como benefício, os nanotubos também tornam os biofilmes mais resistentes e diminuem sua tendência a inchar, proporcionando uma possibilidade para ajustar precisamente a sua taxa de degradação, dando tempo suficiente aos corações para substituí-los com tecido natural.

Se há um buraco no coração, um biofilme tem que retirar o estresse mecânico completo. Não se pode degradar muito rápido, mas também não pode degradar muito lentamente, porque isto iria acabar por formar um tecido cicatricial, o que é preciso evitar.

Referências

1. Lacerda LHG, Resende RR. O QUE É HIPERTENSÃO? (3º Capítulo): Controlando o Colesterol! Nanocell News. 2014 09/10/2014;1(2). Epub 09/10/2014.

2. Lacerda LHG, Resende RR. ESTILO DE VIDA QUE PROTEJE O CORAÇÃO TAMBÉM REDUZ O RISCO DE CÂNCER. Nanocell News. 2014 04/22/2014;1(10). Epub 04/22/2014.

3. Goulart VAM, Resende RR. PROTEÍNA CORONA: um desafio para o uso de nanopartículas. Nanocell News. 2013 11/21/2013;1(3). Epub 11/21/2013.

4. Resende RR, Fonseca EA, Tonelli FM, Sousa BR, Santos AK, Gomes KN, et al. Scale/topography of substrates surface resembling extracellular matrix for tissue engineering. Journal of biomedical nanotechnology. 2014 Jul;10(7):1157-93. PubMed PMID: 24804539. Epub 2014/05/09. eng.

5. Tonelli FMP, Santos AK, Gomes KN, Lorencon E, Guatimosim S, Ladeira LO, et al. Carbon nanotube interaction with extracellular matrix proteins producing scaffolds for tissue engineering. Int J Nanomed. 2012;7:4511-29. PubMed PMID: ISI:000307498400002. English.

6. Pok S, Vitale F, Eichmann SL, Benavides OM, Pasquali M, Jacot JG. Biocompatible Carbon Nanotube-Chitosan Scaffold Matching the Electrical Conductivity of the Heart. ACS Nano. 2014 Sep 29. PubMed PMID: 25233037. Epub 2014/09/19. Eng.

7. da Silva EE, Della Colleta HHM, Ferlauto AS, Moreira RL, Resende RR, Oliveira S, et al. Nanostructured 3-D Collagen/Nanotube Biocomposites for Future Bone Regeneration Scaffolds. Nano Research. 2009 Jun;2(6):462-73. PubMed PMID: ISI:000273939400003. English.

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