O efeito das nanopartículas nas plantas

Em homenagem ao encerramento da Semana do Meio Ambiente, esta será uma postagem sobre os efeitos tóxicos de nanopartículas insolúveis (que não se desintegram no organismo) nas plantas terrestres. Nanopartículas insolúveis incluem fulerenos (presentes em alguns cremes cosméticos vendidos em certos países), nanopartículas de óxidos metálicos (como o óxido de zinco, usado em filtros solares) e nanotubos de carbono. Justifico a escolha desse assunto por três motivos:
1) plantas são importantes receptores ecológicos, e várias plantas terrestres fazem parte da nossa cadeia alimentar;
2) ainda há poucos estudos sobre os efeitos positivos e negativos de nanopartículas em plantas superiores; e
3) a Comissão Européia em 2007 sugeriu que a segurança das nanopartículas insolúveis deve ser avaliada a partir de uma descrição detalhada de todo o seu “ciclo de vida” no ambiente.

Um estudo feito pelo grupo do Prof. Baoshan Xing - Department of Plant, Soil & Insect Sciences at the University of Massachusetts, USA - mostrou que nanopartículas de óxido de zinco inibiram a germinação das sementes e o crescimento das raízes de centeio. Zinco é um elemento essencial aos seres vivos, mas é tóxico em altas concentrações. Os motivos da toxicidade dessas nanopartículas ainda não estão muito claros - mas como demonstrado nesse estudo, a toxicidade não veio da sua degradação em zinco elementar nas plantas, mas sim da sua aderência na superfície das raízes. É interessante notar que a toxicidade foi devida não ao excesso de zinco, mas sim ao fato do zinco estar nanoestruturado. Já foi discutido antes aqui no Bala Mágica que nanopartículas de óxido de zinco podem fazer “buracos” na membrana de micróbios. Talvez possa-se especular que a causa da toxicidade de nanopartículas de óxido de zinco em plantas esteja relacionada a algo dessa natureza.

Inibição do crescimento das raízes em sementes de canola, causada por nanopartículas de zinco e de óxido de zinco (fonte: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=1677.php)

Mas nem tudo é terra devastada para as plantas.... Foi demonstrado (aqui) que nanopartículas de dióxido de titânio promoveram a fotossíntese e o metabolismo do nitrogênio em espinafres, favorecendo seu crescimento. Nanopartículas de óxido de alumínio (aqui) não afetaram o crescimento de uma variedade de feijões vermelhos, apesar de ter inibido o crescimento da raiz de cinco outras espécies de plantas (milho, pepino, soja, cenoura e repolho). No entanto, concentrações extremamente altas foram necessárias para causar esse estrago.

A conclusão por enquanto é de que, quando se trata de nanopartículas insolúveis, realmente cada caso é um caso. Como eu já havia me manifestado aqui nesse blog, não sou contra a produção desses nanomateriais. Pelo contrário! Acho que poderemos ter muitos ganhos com eles. No entanto, isso não significa virar as costas para o ambiente. É fundamental que marcos regulatórios sejam definidos pelos governos o mais rapidamente possível e protocolos responsáveis de descarte desses materiais sejam adotados pelas indústrias. A realidade é que, no fim das contas, a decisão final é do consumidor: a responsabilidade ambiental precisa fazer diferença na hora de decidir pelo produto da marca A ou da marca B. É por isso que as pessoas precisam saber o que estão consumindo. E você, está preparado para decidir?

Lin, D., & Xing, B. (2008). Root Uptake and Phytotoxicity of ZnO Nanoparticles Environmental Science & Technology, 42 (15), 5580-5585 DOI: 10.1021/es800422x

Nanocosméticos: da juventude perdida à cura da calvície

Nem só de doenças graves vive a nanobiotecnologia. Ela também pode estar a serviço da beleza. Sim, da beleza! Um dos grandes filões mercadológicos da nanotecnologia é a indústria cosmética. A empresa pioneira no uso de produtos nanotecnológicos para tornar a humanidade mais bela foi a L'Oreal, há mais de quinze anos. De fato, a empresa está entre as 10 com maior número de patentes nanotecnológicas nos Estados Unidos. Nanopartículas nos cremes podem aumentar a solubilidade do ativo e protegê-lo da degradação, além de aumentar sua aderência e liberá-lo lentamente na superfície da pele. No caso de rugas, as partículas poderiam se depositar em seus sulcos "escondendo-as": as partículas espalhariam luz devido ao seu tamanho e não veríamos as sombras causadas pelas rugas - elas ficariam virtualmente invisíveis! Algumas empresas afirmam que seus nanocosméticos são capazes de penetrar nas camadas mais profundas da pele. Isso eu já acho meio controverso. Imagine a pele como um muro de tijolos, onde os tijolos são as células. Os espaços entre as células são de 15 nm. Para as nanopartículas passarem intactas pelos espaços de 15 nm (cada camada!), ou elas devem ser menores que 15 nm ou devem conseguir se "deformar" como gotas de óleo passando por furinhos. Em geral, as partículas para uso cosmético são maiores que 100 nm e sua composição não favorece muito essa "flexibilidade".

No entanto, a pele é complexa: certas regiões apresentam pêlos ou cabelos, que nascem a partir do que os especialistas chamam de folículos capilares. Já foi demonstrado por cientistas que nanopartículas podem se acumular dentro dos folículos capilares. Isso poderia ser aplicado para tratar problemas específicos de cabelo e acne (porque a acne só surge nas regiões onde há esses folículos). Foi pensando nisso que uma empresa no Japão produziu partículas poliméricas de 200 nm para tratar calvície. Achei um vídeo bem didático no YouTube que explica como a coisa toda funciona. Se o tratamento é realmente eficaz para calvície, eu não sei, porque depende também da eficácia do ativo cosmético/dermatológico, de como ele é liberado da partícula e do estágio da calvície - mas pelo menos a propaganda é coerente com o que as nanopartículas podem fazer.

Infelizmente, o vídeo está em inglês e eu não sei inserir legenda - mas acho que as animações estão bem auto-explicativas.
(Só para ter um referencial de tamanho: um fio de cabelo humano tem diâmetro de cerca de 80000 nm.....)

Os aviões Stealth do nano(bio)mundo

(fonte: http://www.atfx.org/photos/f117a.jpg)

Aeronaves Stealth são aquelas capazes de refletir ou absorver ondas eletromagnéticas, o que as torna virtualmente invisíveis nos radares. Essa tecnologia foi muito importante durante a guerra do Golfo em 1991. E o que isso tem a ver com nanobiotecnologia? A princípio, nada. Mas os aviões Stealth (ou aviões furtivos, como quiserem) são uma boa ilustração para uma tecnologia de mesmo nome empregada para entregar fármacos no organismo. São as nanopartículas furtivas.

Nanopartículas "não-furtivas" são rapidamente atacadas pelo nosso sistema imunológico através de um processo chamado opsonização. Após esse ataque, elas são rapidamente eliminadas do organismo, como se fossem invasores perigosos (tais como bactérias, fungos, etc). Porém, as nanopartículas furtivas ficam invisíveis aos "radares" do sistema imunológico. O resultado é que elas ficam mais tempo circulando no sangue e, por isso, têm tempo de se acumular em certos alvos do organismo antes da sua eliminação. Alvos muito visados por razões óbvias são tumores. A estratégia Stealth é boa porque pode tornar o fármaco mais efetivo e pode reduzir os seus efeitos adversos. Para que uma nanopartícula seja furtiva, ela precisa ter polímeros hidrofílicos (com alta afinidade pela água) na sua superfície - se fossemos desenhá-las, elas seriam como "escovas" esféricas, onde esses polímeros hidrofílicos seriam as cerdas.

Isso tudo pode parecer algo de uma galáxia muito, muito distante.... Mas a realidade é que essas nanopartículas furtivas já estão disponíveis para quem quiser comprá-las! Um exemplo é o Doxil(R), indicado para tratar câncer de ovário e sarcoma de Kaposi, e comercializado pela Johnson&Johnson com a seguinte propaganda: “First marketed product to incorporate STEALTH® technology”. O produto é composto por doxorrubicina (fármaco anticancerígeno) incorporado dentro de lipossomas com o polímero hidrofílico poli(etilenoglicol) na sua superfície. A empresa faturou U$ 82 milhões em 2000 com a venda do Doxil(R). Essa cifra subiu para U$ 533 milhões depois de apenas 5 anos !!!!

Nanopartículas furtivas podem ser uma grande viagem, mas também são um ótimo negócio.

(para quem quiser saber mais sobre nanopartículas furtivas e sua interação com o sistema imunológico, recomendo esse artigo publicado na Langmuir em 2006, por Zahr e col.)

Saiba o que é hipertermia magnética

Hipertemia significa elevação de temperatura. Essa estratégia vem sendo empregada há algumas décadas como alternativa para combater o câncer. Na hipertermia, o tumor é aquecido até cerca de 42oC, para que seja literalmente "queimado" porque as células tumorais são menos resistentes a aumentos bruscos de temperatura do que as células normais. O problema é que, mesmo assim, o tecido saudável ao redor do tumor pode ser queimado também - isso é um problema principalmente em locais de difícil acesso e, por isso, um controle fino do local a ser aquecido seria fundamental.

A possibilidade desse controle fino tornou-se mais concreta a partir dos anos 1980 devido a uma área aparentemente não-relacionada: a física de nanopartículas paramagnéticas. Essas nanopartículas respondem a um campo magnético externo, atuando como se fossem nanoímas. Surgiu daí a idéia de hipertermia magnética para combater o câncer. Nessa técnica, são utilizadas nanopartículas (em geral de magnetita) revestidas por materiais biocompatíveis, o que evita sua rejeição pelo organismo. Na superfície das nanopartículas são grudados anticorpos capazes de se ligar apenas ao tumor - dessa forma, as nanopartículas não se prendem a outras regiões do corpo, mas apenas ao tumor. O sujeito recebe uma injeção dessas nanopartículas na veia e entra numa câmara (no mesmo estilo daquelas de tomografia) onde é aplicado um campo magnético externo de frequência alternada. O campo magnético faz com que as nanopartículas presas às células cancerosas vibrem, criando um atrito que aumenta a temperatura e mata apenas as células cancerosas, sem prejuízo às células saudáveis.

É ou não é uma estratégia engenhosa para o combate ao câncer? Para saber mais sobre o assunto, recomendo a coluna do professor Carlos Alberto dos Santos, na Ciência Hoje, aqui e aqui.