Entrevistas com plenaristas do XIII Encontro da SBPMat: Luís Carlos (Universidade de Aveiro, Portugal).



Prof. Luís Carlos.

“Luminescência aplicada à nanomedicina” é o tema de uma das palestras plenárias que a comunidade de pesquisa em Materiais vai poder assistir em nosso XIII Encontro da SBPMat (João Pessoa, 28 de setembro a 2 de outubro). O palestrante será o físico português Luís António Ferreira Martins Dias Carlos, professor titular da Universidade de Aveiro (Portugal), o qual obteve seu Doutorado pela Universidade de Évora (Portugal) em 1995 com um trabalho sobre fotoluminescência de eletrólitos poliméricos incorporando sais de lantanídeos.

Na Universidade de Aveiro, em 2000, Luís Carlos fundou um grupo de pesquisa voltado para híbridos orgânico-inorgânicos funcionais. O grupo estabeleceu uma rede internacional de contatos dedicada a esses materiais híbridos luminescentes, contando com mais de 30 grupos de pesquisa na Europa, China, Japão, Singapura, Brasil e Austrália. Também em Aveiro, desde 2009, Luís Carlos é o vice-diretor do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) , um dos maiores institutos europeus de pesquisa em Materiais e Nanotecnologia.

Ele é membro da Academia das Ciências de Lisboa (seção de Física) desde 2011. Também foi professor visitante da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) em 1999, 2012 e 2013, e da Universidade de Montpellier 2 (França) em 2008. Além disso, recebeu uma bolsa de “Pesquisador Visitante Especial” do CNPq, através do Programa Ciência em Fronteiras, em 2013.

Ele é coautor de mais de 345 trabalhos em publicações internacionais, 8 artigos de revisão convidados, 5 capítulos de livros e 2 patentes internacionais. Conta com mais 8.000 citações, tendo um índice H de 47. Já apresentou 40 palestras plenárias e convidadas em conferências. Também é o editor associado do Journal of Luminescence

Segue nossa entrevista com o palestrante.

Boletim da SBPMat: –  Existem aplicações de materiais luminescentes em nanomedicina que já estejam no mercado/na sociedade? Por favor, dê alguns exemplos de impacto.

Luís Carlos: – Sim, sem dúvida, existem materiais luminescentes com importantes aplicações em nanomedicina que estão já no mercado. Posso destacar dois exemplos:

– Complexos orgânicos de iões lantanídeos (como, por exemplo, criptatos e β-dicetonatos) são comercializados como agentes de contraste para imagem por ressonância magnética (usando essencialmente Gd3+) e como marcadores luminescentes (usando Eu3+, Sm3+ e Tb3+) para fluoroimunoensaios. Fluoroimunoensaio é um método de imunologia para diagnóstico clínico particularmente relevante na triagem neonatal e pré-natal e na detecção de proteínas, vírus, anticorpos, bio marcadores tumorais e resíduos de fármacos. É interessante mencionar neste contexto o trabalho realizado por vários pesquisadores do INCT INAMI (Brasil) na implementação em ambiente hospitalar de um protótipo para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico por fluoroimunoensaio da leishmaniose tegumentar americana, do câncer da próstata (PSA) e da lipoproteína de baixa densidade (LDL) utilizando antígenos recombinantes marcados com complexos de iões lantanídeos (e.g. Eu3+, Tb3+ e Nd3+). O mercado mundial de agentes de contraste e marcadores luminescentes baseados em iões lantanídeos é avaliado em várias centenas de milhões de dólares americanos.

– Nanopartículas luminescentes (“quantum dots”, QDs – ou pontos quânticos, em português -, e nanocristais incorporando iões lantanídeos) têm ganho um protagonismo incrível nos últimos anos graças a importantíssimas aplicações no diagnóstico por imagem óptica e em técnicas de terapia. Estimativas recentes avaliam o mercado mundial de nanopartículas luminescentes na área da saúde em mais de 20 milhões de dólares americanos. Um exemplo a destacar no tratamento de tumores é a hipertermia local. A hipertermia local, também designada como termoterapia local, é um tipo de tratamento em que os tecidos biológicos (geralmente células cancerosas) são expostos a temperaturas superiores a 45°C danificando-os irreversivelmente e provocando a sua morte (as lesões colaterais nos tecidos normais circundantes ao tumor são, em geral, mínimas). Inúmeros ensaios clínicos de hipertermia são realizados actualmente em todo o mundo para melhor compreender e aperfeiçoar a técnica. Por exemplo, a utilização de nanopartículas luminescentes ou magneto-luminescentes (com iões magnéticos como o Ferro ou o Cobalto) vectorizadas para se ligarem a pontos específicos nas células cancerígenas, para permitir, respectivamente, o aquecimento local por absorção de radiação electromagnética e por indução magnética é um novo tipo de hipertermia local. O controlo preciso da temperatura na área de irradiação limitando os efeitos deste aumento de temperatura sobre outras partes do corpo é, ainda, um desafio decisivo para a vulgarização da técnica.

Boletim da SBPMat: –  Muito brevemente, quais seriam os principais desafios na área de luminescência aplicada à nanomedicina?

Luís Carlos: – Destaco dois exemplos. A melhoria de técnicas de imagem de diagnóstico e o desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear com uma resolução da ordem do décimo de grau a temperatura intracelular.

Centros emissores na região do infravermelho próximo (e.g. iões lantanídeos como o Nd3+ e o Yb3+, QDs e corantes orgânicos) têm grandes vantagens relativamente aos emissores na região do visível para aplicações de imagem em nanomedicina. Por exemplo, os tecidos biológicos têm uma menor autofluorescência na janela do infravermelho próximo, permitindo uma melhor discriminação sinal-ruído e melhorando a sensibilidade à detecção. Além disso, os fotões no infravermelho próximo interagem menos com os tecidos biológicos, em comparação com os fotões na região do visível, diminuindo, assim, o risco de perturbar ou danificar os sistemas biológicos que estão a ser observados. Assim, a síntese de novas nanopartículas luminescentes emitindo eficientemente no infravermelho próximo (apresentando, nalguns casos, luminescência persistente, isto é, emissão de luz que se prolonga por minutos, horas ou mesmo dias, após o final da excitação) provocará, sem dúvida, uma revolução na microscopia de fluorescência com o desenvolvimento de técnicas de imagem in vitro e in vivo no infravermelho próximo (cuja radiação penetra mais profundamente nos tecidos biológicos, quando comparada com a luz visível).

O desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear a temperatura intracelular, em particular em células cancerígenas, vai, seguramente, melhorar a percepção que temos actualmente sobre a sua patologia e fisiologia optimizando diagnósticos prematuros e processos terapêuticos (como vimos acima no caso da hipertermia local). Estes termómetros não invasivos serão uma ferramenta decisiva para compreendermos melhor um conjunto de processos celulares que são acompanhados por alterações da temperatura, por exemplo, a divisão celular, a expressão genética, ou alterações na actividade metabólica. Finalmente, o desenvolvimento de nanotermómetros luminescentes na região do infravermelho próximo capazes de sensoriamento térmico e penetrando mais profundamente nos tecidos biológicos abrirá a porta para o sensoriamento térmico e de imagem in vivo (numa primeira fase em pequenos animais).

Boletim da SBPMat: –  Na sua própria avaliação, quais são as principais contribuições à Ciência e Engenharia de Materiais que você fez durante sua carreira científica? Por favor, acrescente à resposta uma seleção de 3 ou 4 publicações destacadas da sua autoria.

Luís Carlos: – Normalmente os nossos trabalhos mais recentes têm tendência a parecer-nos os mais importantes…Apesar desta constatação, entendo que as minhas principais contribuições para a Ciência e Engenharia de Materiais estão relacionados com o desenvolvimento de i) materiais híbridos orgânicos-inorgânicos luminescentes, ii) nanotermómetros raciométricos baseados na emissão característica de pares de iões lantanídeos (Eu3+/Tb3+ e Er3+/Yb3+) e iii) nanoplataformas combinando nanoaquecedores (partículas metálicas de Ouro ou Prata) e nanotermómetros, que permitem o aumento local da temperatura por irradiação laser e simultaneamente a medida precisa desse mesmo aumento de temperatura. Os quatro trabalhos seguintes ilustram estas contribuições:

1. Full Colour Phosphors From Eu(III)-Based Organosilicates. L. D. Carlos, Y. Messaddeq, H. F. Brito, R. A. Sá Ferreira, V. de Zea Bermudez, S. J. L. Ribeiro, Adv. Mater. 12, 594–598 (2000)

2. Nanoscopic Photoluminescence Memory as a Fingerprint of Complexity in Self-Assembled Alkylene/Siloxane Hybrids. L. D. Carlos, V. de Zea Bermudez, V. S. Amaral, S. C. Nunes, N. J. O. Silva, R. A. Sá Ferreira, J. Rocha, C. V. Santilli, D. Ostrovskii, Adv. Mater. 19 341–348 (2007)

3. A Luminescent Molecular Thermometer for Long-Term Absolute Temperature Measurements at the Nanoscale. C. D. S. Brites, P. P. Lima, N. J. O. Silva, A. Millán, V. S. Amaral, F. Palacio, L. D. Carlos, Adv. Mater. 22, 4499–4504 (2010)

4. All-In-One Optical Heater-Thermometer Nanoplatform Operative From 300 to 2000 K Based on Er3+ Emission and Blackbody Radiation. M. L. Debasu, D. Ananias, I. Pastoriza-Santos, L. M. Liz-Marzan, J. Rocha, L. D. Carlos, Adv. Mater. 25, 4868–4874 (2013)


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