Material tem alta capacidade antimicrobiana e antifúngica

Com apoio do MEC, 11 grupos de pesquisa de universidades federais serão credenciados para desenvolver pesquisas na área

Nova fibra polimérica promete eliminar a necessidade de realização de enxerto ósseo antes do implante dentário

Ana Cristina Cocolo

Micrografia obtida por microscopia eletrônica de varredura das fibras poliméricas roteadas com nanopartículas, após ensaio de adesão celular (osteoblastos humanos)

Uma nova fibra bioabsorvível, criada por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT/Unifesp) - Campus São José dos Campos, em colaboração com o pesquisador Anderson de Oliveira Lobo e a bióloga Maíra Maftoum Costa, ambos da Universidade do Vale do Paraíba (Univap), poderá dispensar a realização de enxertos ósseos em pequenas áreas, principalmente no campo da periodontia. A fibra tem o potencial de auxiliar na formação de novo tecido ósseo (osteogênese) no local onde for inserida, permitindo a fixação de implantes dentários que demandam a recomposição dos ossos dos maxilares superior e inferior. 

O material, baseado em um polímero (macromoléculas formadas por estruturas menores, denominadas monômeros) como matriz, é fruto de uma investigação que resultou na tese de doutorado da engenheira biomédica Patrícia Oliveira de Andrade, defendida no âmbito do programa de pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais do ICT/Unifesp, sob a orientação da docente Ana Maria do Espírito Santo e mediante a colaboração do pesquisador Anderson de Oliveira Lobo. 

À matriz polimérica de PBAT poli(butileno adipato co-tereftalato) – polímero reabsorvível muito utilizado na indústria de plásticos recicláveis – foram acrescentados dois tipos de nanopartículas: nanotubos de carbono, para garantir reforço das propriedades mecânicas e melhorar a resistência do material, e nanocristais de hidroxiapatita sintética, para promover o estímulo biológico necessário. A hidroxiapatita é um material bioativo presente na constituição de ossos e dentes humanos, cuja finalidade é promover a regeneração óssea.

“Como o polímero é bioabsorvível, a intenção é que, com o tempo, esse material seja decomposto no organismo e os únicos elementos que permaneçam no local sejam os núcleos de hidroxiapatita e os nanotubos de carbono, que não são reativos e servirão como substrato, oferecendo a sustentação necessária para o novo osso – reconstituído – receber o implante”, explica Andrade. 

De acordo com a autora, que contou com verbas do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) para a elaboração de seu trabalho, a proposta era realmente obter um produto que pudesse, futuramente, ser aplicado na enxertia de pequenos locais, inclusive em fraturas ósseas, de modo geral. “Na periodontia, seria para trabalhar justamente a parte de enxertia rápida, mediante a colocação de um material que promovesse a osteogênese, ou seja, o crescimento de osso naquela região, sustentando o recebimento de um implante”, resume. “Isso é melhor que recorrer a uma cirurgia mais invasiva para a remoção de um pedaço do osso de outro local do corpo do paciente e reimplantá-lo, ou ter de buscar o órgão em um banco de ossos.”

A engenheira biomédica relata que um levantamento do Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia Jamil Haddad (Into), no qual foi apontada a baixa receptação do banco de ossos no país, motivou sua pesquisa. “A doação de ossos é o que, muitas vezes, possibilita a qualidade de vida de pessoas que sofreram traumas, tiveram tumores ou mesmo precisam de implantes dentários.” 

Similar ao algodão-doce 

Andrade esclarece que, para promover a interação dos materiais utilizados, era preciso uma fibra porosa, uma espécie de scaffold – arcabouço para o desenvolvimento celular –, simulando as condições naturais de uma matriz extracelular, na qual o fluido corporal pudesse entrar e permear toda a fibra, de modo a propiciar um crescimento ósseo o mais natural possível. 

Adotando procedimentos inovadores, a pesquisadora utilizou a técnica de rotofiação, que possibilita a produção de fibras poliméricas por meio da aplicação de força centrífuga. Esse processo permite um aumento substancial na criação dessas fibras, quando comparado a outras técnicas já utilizadas para a fabricação de mantas ou placas de polímero de alta porosidade. 

“A fibra sai exatamente na forma de um algodão-doce”, descreve Santo. “A solução polimérica, com a nano-hidroxiapatita e com os nanotubos, é jateada nas hastes da máquina de rotofiação; pela força centrífuga, as fibras são fabricadas em larga escala e coletadas na forma de novelos.” 

Sem morte celular 

Para verificar se o material realmente favoreceria o crescimento ósseo, a pesquisadora realizou vários testes in vitro em placas com 96 poços (cavidades). Neles, foram criados meios de cultura sobre a fibra polimérica, os quais receberam células biológicas (osteoblastos humanos) do ligamento periodontal – estrutura que une os dentes aos maxilares – e fluido corporal simulado (SBF), também chamado plasma humano sintético. Este último é uma solução cuja concentração iônica é semelhante à do plasma humano, mantida sob as mesmas condições fisiológicas de acidez, neutralidade ou alcalinidade (pH ou potencial hidrogênico) e temperatura do corpo. 

As análises mostraram que o material não foi tóxico às células e favoreceu o crescimento celular. 

Apesar dos resultados promissores, Andrade ressalta que serão necessárias outras duas etapas de estudo antes da aplicação clínica da fibra em consultórios dentários. A primeira é a análise in vivo do comportamento desse material no organismo de animais de pequeno porte (camundongos), e a segunda engloba os testes clínicos em seres humanos.

Doação de ossos 

Não raro encontramos muitos adeptos da doação de órgãos – como córneas, rins, medula, coração e fígado – e famílias dispostas a autorizar esse procedimento. O desconhecimento sobre a doação de ossos, no entanto, trava uma extensa fila de espera de pacientes que, no Brasil, aguardam esse tipo de transplante e nutrem a esperança de usufruir de melhor qualidade de vida. São pessoas que sofreram perdas ósseas decorrentes de traumas graves, desgastes e tumores ósseos; possuem deformidades congênitas ou específicas da coluna vertebral; ou precisam solucionar problemas odontológicos. 

Apesar de o número de doações aumentar a cada ano no Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia Jamil Haddad (Into) – órgão do Ministério da Saúde responsável pela captação, processamento e distribuição, em todo o país, de ossos, tendões e meniscos que serão utilizados em transplantes e enxertos –, a quantidade ainda é insuficiente para atender à grande demanda da população. Em 2016 o número de doadores, de acordo com o instituto, aumentou 31% em relação ao ano anterior – ou seja, 38 contra 29 em 2015. Cada doação pode atender até 40 pessoas. 

Após a doação, os ossos são encaminhados ao Banco de Tecidos Musculoesqueléticos do Into, onde recebem tratamento especial para evitar contaminação por bactérias e vírus, antes de serem armazenados à temperatura de -80ºC, por até cinco anos. 

Os interessados em se tornarem futuros doadores de ossos devem expressar a vontade em vida, já que, após a confirmação do falecimento, a autorização é dada pela família. Informações adicionais podem ser obtidas no site do Into: https://www.into.saude.gov.br/

Nova técnica estabiliza fármacos, aumenta o tempo de reatividade no organismo e diminui impacto de efeitos colaterais

Valquíria Carnaúba

Imagem por microscopia eletrônica da sílica mesoporosa do tipo SBA-15, nanomaterial composto por moléculas de sílica organizadas em estruturas hexagonais / Imagem: Ivana Conte Cosentino (Ipen-CNEN/SP)

Duas pesquisas recentes, coordenadas por Lucildes Pita Mercuri, professora do Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas (ICAQF/Unifesp) – Campus Diadema, podem trazer novas e importantes patentes à instituição. Ambas apresentam diversas inovações quanto à estabilização de bioativos (compostos funcionais): o ácido retinoico, forma oxidada da vitamina A, indicada para o tratamento tópico do envelhecimento da pele, e o etinilestradiol, hormônio utilizado em pílulas anticoncepcionais.

O ácido retinoico – instável na presença de oxigênio ou quando exposto à luz e a altas temperaturas – comumente provoca eritema, queimação e prurido devido à rápida liberação na pele. Quanto ao etinilestradiol (EE), é um conhecido estrogênio, que figura como componente em quase todas as formulações de anticoncepcionais e como repositor hormonal. Integra comprimidos ingeridos diariamente, mas apresenta fotossensibilidade, o que dificulta sua manipulação em formulações farmacêuticas. 

“Decidimos estudar a encapsulação de ambos os compostos no intuito de estabilizá-los, protegê-los, aumentar o tempo de reatividade no organismo e diminuir os efeitos colaterais quando administrados em altas doses”, explica Mercuri. Uma das maneiras de contornar esses efeitos é controlar a volatilidade das substâncias: a coordenadora afirma que a encapsulação aumenta a estabilidade química e assegura a liberação mais lenta dos ativos. 

O suporte químico escolhido para esses estudos foi a sílica mesoporosa altamente ordenada do tipo SBA-15, formada por agrupamentos de sílica (SiO2), organizados em estruturas hexagonais (vide figura). Trata-se de um nanomaterial obtido a partir das moléculas de tetraetilortosilicato [Si (OC2H5)4], como fonte de sílica, que se hidrolisam na presença de surfactantes neutros (substâncias capazes de interagir com água e com moléculas não solúveis em água), os quais funcionam como direcionadores orgânicos das estruturas desejadas.

A encapsulação ocorre pelo armazenamento dos compostos nos mesoporos de cada nanoestrutura de sílica, devido à possível afinidade química entre os ativos e a superfície das matrizes de SBA-15. “A exemplo das ligações de hidrogênio, formam-se ligações fracas entre a sílica e os ativos, de modo que estes permanecem nos poros sem serem incorporados – um fenômeno denominado adsorção”, descreve a pesquisadora.

“Estudos recentes revelam que os nanomateriais mesoporosos possuem características que os tornam ideais para o armazenamento de substâncias com características distintas, como estabilidade química, biocompatibilidade, grande área superficial e poros com volume e diâmetro variáveis, além de tamanho e forma de partículas controláveis”, esclarece. 

Embora a sílica seja bastante utilizada na indústria cosmética e farmacêutica, nenhum documento anterior menciona o uso de sílica mesoporosa, SBA-15, na encapsulação desses bioativos. “Há outros sistemas de armazenamento disponíveis, como as microesferas poliméricas, lipossomas, nanopartículas poliméricas e nanopartículas lipídicas sólidas”. O nanomaterial em questão mostrou, entretanto, um desempenho superior aos suportes já existentes. “Cada unidade de SBA-15 utilizada na encapsulação do ácido retinoico, por exemplo, possui uma área superficial de 755 m² por grama de sílica e poros com volume de 1,13 cm3 por grama de sílica e diâmetro de 6,3 nanômetros”, relata.

Uma nova opção para o rejuvenescimento da pele

O pedido de patente para o processo de encapsulação do ácido retinoico em sílica mesoporosa altamente ordenada já foi aceito pelo Instituto Nacional de Propriedade Industrial (Inpi). Os responsáveis pelo desenvolvimento do novo material afirmam que este poderá ser utilizado em produtos dermatológicos, aposta fundamentada no desempenho positivo da matriz. A equipe é formada por Mercuri, Jivaldo do Rosário Matos, professor e pesquisador do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, e Solange Teixeira Soares Santos, farmacêutica industrial e professora do Centro Universitário das Faculdades Metropolitanas Unidas. 

O processo descrito, considerado inovador, abrange a solubilização do ácido retinoico, a adição da matriz mesoporosa, a filtração da suspensão e a evaporação completa do solvente. Além dessas etapas, os pesquisadores mencionam no documento de requisição da patente outros pormenores. “O uso do etanol com pureza de 99,5% como solvente e a solubilização do ácido retinoico com o auxílio do ultrassom ou por agitação magnética são procedimentos também considerados inovadores nesse processo”, complementa Mercuri.

Para a verificação da encapsulação do ácido retinoico no nanomaterial de sílica foram aplicadas as técnicas analíticas de termogravimetria e termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise elementar (AE), medidas de adsorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). 

Posto que cada matriz de SBA-15 liberou o composto mais lentamente e com taxas mais constantes em relação a outros suportes, os pesquisadores confirmam a perspectiva de sucesso de sua encapsulação para produtos dermatológicos como cremes e loções, em concentrações que podem variar entre 0,025% e 0,1%. 

Anticoncepcionais que dispensam ingestão diária

As técnicas utilizadas para a obtenção da sílica mesoporosa e para a estabilização do etinilestradiol (EE) são bastante semelhantes às descritas anteriormente. Diferem somente quanto ao solvente dos compostos encapsulados: no caso do ácido retinoico, optou-se pelo etanol com pureza de 99%; já no caso do etinilestradiol, a aposta recaiu sobre a acetona. 

As pesquisadoras (da esquerda para a direita) Maria de Lourdes Leite de Moraes, Vania Carolina Moreira e Lucildes Pita Mercuri apostam na sílica mesoporosa como suporte químico mais eficaz e menos agressivo ao ser humano

A equipe, desta vez formada por Mercuri, Jivaldo do Rosário Matos, Maria de Lourdes Leite de Moraes, docente do ICAQF/ Unifesp, e Vania Carolina Moreira, doutoranda do programa de pós-graduação em Biologia Química do mesmo instituto, verificou que a estabilidade do composto também se assemelhava ao caso anterior, excetuando-se a medida de adsorção de nitrogênio. Os outros parâmetros foram avaliados por meio de análise elementar (AE), espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria e termogravimetria derivada (TG/DTG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC).

Os primeiros resultados mostraram claramente que a metodologia empregada na encapsulação do EE na SBA-15 foi satisfatória. De acordo com Mercuri, “as análises por TG/DTG, DSC, FTIR e AE confirmaram a presença de etinil no suporte silicático, destacando-se a escolha da acetona como o melhor solvente transportador do EE”. 

As possíveis aplicações práticas dessa invenção animam os pesquisadores para a realização de testes in vivo, já que a novidade pode facilitar a vida de muitas mulheres em idade fértil. A coordenadora do estudo vislumbra a criação de um anticoncepcional que dispense a ingestão diária. Com isso, pode-se diminuir a dose consumida de hormônios e os efeitos colaterais, evitando-se o esquecimento – motivo de muitas gravidezes não planejadas.

Os componentes da segunda equipe afirmam não existir preocupação quanto à ingestão de cápsulas de SBA-15, uma vez que a sílica não pode ser digerida pelo ser humano. De acordo com eles, esse composto é facilmente descartado pelo organismo, uma vez que não pode ser degradado pelos sucos gástricos, assim como ocorre com a celulose. 

Além disso, os pesquisadores de ambas as equipes são unânimes em reconhecer que os solventes etanol e acetona são eliminados no processo de secagem – ou seja, não há nenhum risco de toxicidade, caso o produto se torne comercial. 

Mercuri frisa, ainda, que a requisição de patente para o processo de encapsulação do etinilestradiol tramita no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (Inpi) e que sua aprovação certamente ocorrerá este ano.

Combinação de óxido nítrico e prata sintetizada biologicamente tem aplicação em várias áreas da Biomedicina e farmacêutica e pode render nova patente à Unifesp

Valquíria Carnaúba

Certamente o leitor desta revista, ao abri-la, busca aprender e se informar sobre a produção científica da universidade. Para ocorrer a apreensão do conteúdo, entra em cena o processo de fabricação da memória. O registro da informação ocorre por meio das sinapses cerebrais, eficazes somente se o cérebro possuir quantidades satisfatórias de uma molécula gasosa simples conhecida com o óxido nítrico (NO), importante neurotransmissor que atua no aprendizado e está envolvido em vários processos fisiológicos dos mamíferos. A relevância desse gás destaca a descoberta de pesquisadores da Unifesp, que notaram promissoras aplicações farmacêuticas e biomédicas ao associá-lo a nanopartículas de prata (NP). A nova combinação pode render mais uma patente à universidade.

A nova tecnologia combina NPs, obtidas por síntese biológica, e moléculas S-nitrosotióis doadoras de óxido nítrico. “O composto, que denominamos Veículo Carregador de NO, pode ser acrescentado à composição de pomadas, géis, adesivos, cosméticos e outros produtos tópicos voltados ao combate de bactérias e outros microrganismos nocivos à saúde”, comemora o coinventor Marconi Santos, mestrando do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Sustentabilidade da Unifesp, que enumera usos alternativos, tais como revestimentos antimicrobianos de materiais médicos e tecidos.

Santos integra a equipe responsável pelo projeto junto à professora Amedea Barozzi Seabra, do Departamento de Ciências Exatas e da Terra do Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas (ICAQF/Unifesp) – Campus Diadema. Outros sete pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e Universidad de La Frontera (UFRO), no Chile, também participam. Portanto, as três instituições são titulares da nova fórmula, cujo pedido de patente foi depositado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (Inpi) em junho de 2015.

Os pesquisadores Marconi Santos e Amedea Seabra no Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas da Unifesp

Amedea, que possui bastante experiência em depósito de pedidos de patentes no Brasil e no exterior, aposta nos futuros medicamentos e cosméticos por dois motivos: o ineditismo da junção do óxido nítrico a nanopartículas de prata e o próprio método de aquisição do metal, conhecido como síntese biológica (ou nanotecnologia verde).

O processo, de alto rendimento e baixo custo, dispõe de bactérias, fungos ou plantas para sintetizar as NPs sem impacto ao meio ambiente, diferentemente dos tradicionais métodos químicos à base de reagentes e solventes tóxicos aos seres humanos – a exemplo do borohidreto de sódio. Nesse caso, a prata foi obtida com a redução de íons de prata provenientes do nitrato de prata (AgNO3), mediada por um polifenol denominado catequina – presente nas folhas da Camellia sinensis (utilizada na produção do famoso chá verde).

Além de agente redutor, a catequina atua como protetora e estabilizante da prata devido à sua forte ação antioxidante. Dessa forma, surgem os átomos de prata organizados em nanoestruturas de tamanhos máximos entre 10 e 40 nanômetros. Amedea detalha: “A estabilização do metal, proporcionada pela síntese biológica, evita a formação de aglomerados maiores, viabilizando sua incorporação a substratos como cremes e géis”.

Reserva de NO

O óxido nítrico também possui ações antimicrobianas. No entanto, é uma molécula altamente instável, cujo tempo de meia vida é menor que 10 segundos, e facilmente desativável no meio celular de diversas espécies. O desafio posto aos cientistas era, portanto, desenvolver agentes capazes de liberar o NO de maneira controlada em sistemas vivos, onde esse gás pudesse desempenhar seus efeitos terapêuticos.

Para tanto, era fundamental a funcionalização das NPs com agrupamentos S-nitrosotióis (-SNO), moléculas que atuam como carregadores e liberadores do óxido nítrico. Na pesquisa, isso ocorreu por meio da nitrosação, processo que agrega uma molécula de NO a um grupo tiol (SH), previamente depositado na superfície de cada nanopartícula após aplicação de ácido mercaptosucínico (MSA) – que possui diversos grupos tióis em sua estrutura.

Finalidades biomédicas

Após a aplicação do medicamento contendo essas nanopartículas, o Veículo Carregador passa a liberar NO; à medida que se desprende, o gás reage rapidamente com o superóxido (O2•-), produto da respiração de bactérias, formando o peroxinitrito (OONO-), uma espécie altamente oxidativa/nitrosativa. Esses reagentes de nitrogênio e de oxigênio podem interagir com proteínas, DNA e enzimas metabólicas do micróbio, destruindo funções celulares vitais. “Essas modificações químicas são consideradas um dos principais mecanismos microbicidas do NO”, complementa Amedea. 

Além disso, as nanopartículas metálicas voltadas a aplicações biomédicas são vantajosas, pois têm uma capacidade de penetração profunda em tecidos epiteliais alvos, o que as torna particularmente úteis em casos de queimaduras graves, conforme explica a pesquisadora. “Nesses casos, pode ocorrer a colonização das áreas afetadas por Pseudomonas aeruginosa (presente em efluentes de origem hospitalar) e outras bactérias, que formam biofilmes, dificultando a aplicação de antibióticos. Como a prata está funcionalizada com NO, é esperada uma ação antibacteriana sinergística dos dois, demandando uma dose menor de medicamento para destruir os microrganismos”.
Com a patente em mãos, a Unifesp, juntamente com as duas outras universidades, detém os direitos de comercialização da nova tecnologia. “O invento pode ser licenciado para indústrias interessadas em sua produção e, futuramente, por meio de acordos de transferência de tecnologia, as três instituições poderão receber royalties pela comercialização do produto patenteado”, finaliza a pesquisadora.

Óxido nítrico: um poderoso microbicida

Biofilmes bacterianos são complexas comunidades de bactérias que resistem à ação de antibióticos e à resposta do sistema imunológico. Constituída por uma única ou múltiplas espécies bacterianas, essa população microbiana, em estágio avançado, se organiza em uma arquitetura tridimensional complexa demais para ser atacada por antibióticos comuns – que não a atravessam. Com isso, podem causar infecções difíceis de serem controladas.

Após um trauma, a área afetada passa por uma série de modificações orgânicas que alteram os mecanismos de defesa. A perda da integridade da pele e o desequilíbrio na regulação do pH cutâneo facilitam a colonização da ferida por microrganismos oportunistas.