Artigo em destaque: Nanoargilas para superar a toxicidade.



O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Reaching Biocompatibility with Nanoclays: Eliminating the Cytotoxicity of Ir(III) Complexes. Malte C. Grüner, Kassio P. S. Zanoni, Camila F. Borgognoni, Cristiane C. Melo, Valtencir Zucolotto, and Andrea S. S. de Camargo. ACS Applied Materials & Interfaces 2018 10 (32), 26830-26834. DOI: 10.1021/acsami.8b10842.

Nanoargilas para superar a toxicidade

Trabalhando em laboratórios do Instituto de Física de São Carlos – USP (IFSC-USP), uma equipe científica desenvolveu uma estratégia que elimina a citotoxicidade (capacidade de destruir células) de um grupo de compostos com propriedades fotofísicas muito interessantes para aplicações na área da saúde. O estudo tornou viável a utilização dessas substâncias, outrora tóxicas, no estudo de organismos vivos e no diagnóstico e tratamento de doenças. Além de eliminar a citotoxicidade, a estratégia modifica algumas propriedades dos compostos, agregando novas funções que podem ser aproveitadas para sensoriamento de oxigênio intracelular e para aprimorar a eficiência de dispositivos luminescentes, como OLEDs.

O trabalho foi reportado em artigo recentemente publicado no periódico ACS Applied Materials and Interfaces (fator de impacto 8,097).

Tudo começou numa conversa informal entre três bolsistas de pós-doutorado ligados a laboratórios do IFSC-USP: Malte C. Grüner e Kassio P. S. Zanoni, ambos ligados ao Laboratório de Espectroscopia de Materiais Funcionais (LEMAF), e Camila F. Borgognoni, do Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia (Gnano). Zanoni tinha trabalhado com complexos de irídio(III) durante seu doutorado, e desejava aproveitar algumas propriedades desses compostos para utilizá-los como agentes de terapia fotodinâmica. Tal terapia se refere a um conjunto de tratamentos para tecidos doentes, como por exemplo os atingidos pelo câncer, nos quais uma fonte de radiação externa é utilizada para a ativação, no momento apropriado, de um composto inserido dentro do corpo, o qual se encarrega de destruir as células que precisam ser eliminadas.

O desejo do pós-doc Zanoni, entretanto, esbarrava na alta citotoxicidade dos complexos de irídio(III). O pós-doc Grüner, então, teve a ideia inovadora de tentar utilizar laponitas (materiais que ele tinha estudado em seu doutorado) para inibir a citotoxicidade dos compostos. A partir dessa ideia, Grüner e Zanoni realizaram o preparo e a caracterização dos materiais no LEMAF, coordenado pela professora Andrea S. S. de Camargo. No GNano, coordenado pelo professor Valtencir Zucolotto, a pós-doc Borgognoni e a mestranda Cristiane Melo se encarregaram de investigar as interações das nanopartículas com as células.

Os autores do artigo. A partir da esquerda: Kassio Zanoni, Camila Borgognoni, Malte Grüner, Cristiane Melo, Valtencir Zucolotto e Andrea de Camargo.
Os autores do artigo. A partir da esquerda: Kassio Zanoni, Camila Borgognoni, Malte Grüner, Cristiane Melo, Valtencir Zucolotto e Andrea de Camargo.

Estratégia e aplicações

Ilustração da adsorção de complexos de Ir(III) (esferas azuis) na superfície de nanodiscos de laponita (discos amarelos), em solução.
Ilustração da adsorção de complexos de Ir(III) (esferas azuis) na superfície de nanodiscos de laponita (discos amarelos), em solução.

Uma das principais propriedades dos complexos de irídio(III) é a sua intensa luminescência (emissão de luz não resultante do calor) numa ampla gama de cores. Essa característica pode ser útil para iluminar células no interior de organismos vivos em técnicas de bioimageamento, usadas tanto para pesquisa quanto para diagnóstico e tratamento de doenças.

Por sua vez, as laponitas, que são nanoargilas sintéticas totalmente compatíveis com tecidos vivos, têm sido frequentemente propostas na literatura científica como nanoplataformas para transporte de fármacos e de outros compostos dentro de organismos vivos. As laponitas possuem cerca de 25 nm de comprimento e apenas 1 nm de altura.

No trabalho da equipe do IFSC-USP, um novo material foi desenvolvido como resultado da adsorção de moléculas de complexos de irídio(III) na superfície de nanodiscos de laponita.

Os pesquisadores verificaram, no laboratório (in vitro) a capacidade de o novo material ser absorvido por células, sua luminescência dentro das células e sua baixa toxicidade com relação a elas. Para isso, eles utilizaram células de fígado e observaram sua interação com o novo nanomaterial, comparando-a com a interação com o complexo de irídio(III) puro. Os resultados foram sumamente favoráveis aos nanodiscos de laponita com irídio(III), que demonstraram ser inofensivos para as células, além de apresentar boa penetração e alta luminescência – características que os tornam muito adequados para aplicação em técnicas de bioimageamento.

Emissão de luz em várias cores dos nanomateriais desenvolvidos (complexos de Ir(III) adsorvidos em laponita) distribuídos em xerogéis (parte superior) e em células do tecido do fígado (parte inferior).
Emissão de luz em várias cores dos nanomateriais desenvolvidos (complexos de Ir(III) adsorvidos em laponita) distribuídos em xerogéis (parte superior) e em células do tecido do fígado (parte inferior).

“Neste trabalho, foi demonstrado pela primeira vez que a adsorção de complexos de Ir(III) (em geral, altamente tóxicos) na superfície de nanodiscos de laponita é capaz de extinguir por completo a citotoxicidade desses compostos”, resume o pós-doc Kassio Zanoni,  que em 2017 foi vencedor do Young Research Award da SBPMat. “Tal feito torna altamente viável o uso de compostos outrora tóxicos em meios celulares sem prejudicar a integridade do meio e, portanto, tem o potencial de expandir as pesquisas de novos materiais biocompatíveis para uso em mapeamento celular, medicina teranóstica e terapia fotodinâmica”, completa.

De acordo com os autores, o novo nanomaterial poderia agir como uma droga de terapia fotodinâmica, já que, ao ser irradiado com determinados tipos de radiação, produz uma molécula (o oxigênio singleto) que atua na destruição de células cancerígenas. Dessa maneira, o nanomaterial também se torna promissor no campo da medicina teranóstica, a qual propõe a combinação, numa mesma plataforma, do diagnóstico de doenças por bioimageamento com a sua cura por meio de terapias fotodinâmicas.

Além disso, o nanomaterial pode ser usado como sensor para determinar com exatidão a quantidade de oxigênio distribuído no interior de uma célula. “Conforme demonstrado no nosso trabalho, a intensidade da emissão desse nanomaterial é uma variável em função da concentração de oxigênio”, justifica Zanoni.

Por fim, o nanomaterial, na forma de um filme fino nanométrico, também poderia ser aplicado em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) – dispositivos que já são usados, por exemplo, em telas de celulares. “Isso porque o complexo de Ir(III) adsorvido na laponita agrega propriedades fotofísicas, fotoquímicas e eletroquímicas que são estratégicas para o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes”, explica Zanoni.

Esta pesquisa foi realizada com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).


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