Imagem de um circuito integrado ampliada 2400 vezesA nanotecnologia está associada a diversas áreas (como a medicina, eletrônica, ciência da computação, física, química, biologia e engenharia dos materiais) de pesquisa e produção na escala nano (escala atômica). O princípio básico da nanotecnologia é a construção de estruturas e novos materiais a partir dos átomos (os tijolos básicos da natureza). É uma área promissora, mas que dá apenas seus primeiros passos, mostrando, contudo, resultados surpreendentes (na produção de semicondutores, Nanocompósitos, Biomateriais, Chips, entre outros). Um dos instrumentos utilizados para exploração de materiais nessa escala é o microscópio eletrônico de varredura, o MEV.
O objetivo principal é chegar em um controle preciso e individual dos átomos.
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A palavra nanotecnologia é composta pelo prefixo nano + tecnologia. O prefixo “nano” vem da palavra do grego antigo que significa “anão” e tecnologia é o estudo da técnica para geração de novos conceitos de produtos. Assim, nanotecnologia é a ciência do pequeno, muito pequeno, capaz de gerar novos produtos. Para se ter uma idéia do que é o muito pequeno, um nanômetro é um milhão de vezes menor do que um milímetro ou a milésima-milionésima parte de uma unidade.
Com as diversas técnicas disponíveis os cientistas têm sido capaz de manipular átomos e moléculas para produzir novos materiais, dispositivos e até mesmo máquinas invisíveis ao olho nu. Por permitir o controle da estrutura atômica da matéria, a nanotecnologia tem o potencial de revolucionar o modo em que os materiais e os produtos são criados, além de possibilitar novas utilizações nunca antes imaginadas. Isso ocorre devido ao fato que sensíveis modificações na forma estrutural da matéria podem acarretar grandes melhorias nas características físicas, químicas, mecânicas e biológicas de um material. Os fenômenos associados ao muito pequeno em que a nanotecnologia atua não são totalmente previsíveis e sua compreensão pode levar a concepção de materiais com características inéditas.
O diagnóstico e o tratamento molecular estão perto de se tornar realidade
O termo nanomedicina, formado pelo prefixo nano — do grego “anão” — que equivale a um bilionésimo de alguma coisa, mais a palavra medicina, indica a utilização da medicina em escala nanométrica — nanoescala. É uma alternativa de tratamento e diagnóstico que será realidade dentro de 10 a 15 anos. Um manómetro equivale a um bilionésimo do metro (1nm = 0,000000001m = 10-9 m), e corresponde a um ponto especial na escala natural de comprimentos, pois é nessa dimensão que os menores dispositivos construídos pelo homem começam a se comparar com o tamanho de átomos e moléculas criados naturalmente.
Nos últimos anos, a nanociência e a nanotecnologia (N&N) têm atraído a atenção de pesquisadores, cientistas e investidores em todo o mundo, e o apoio de agências governamentais de fomento à pesquisa e ao desenvolvimento tecnológico, além de grandes empresas. Um dos principais aspectos que permitiu o desenvolvimento de diversas áreas nesse sector foi a construção de equipamentos que permitem ver e manipular objectos nanométricos. Esses equipamentos incluem microscópios de força atômica e diversas formas de microscópios eletrônicos, que usam feixes de elétrons em vez de luz.
Outra característica importante no desenvolvimento da N&N é o trabalho conjunto de químicos, físicos, biólogos, engenheiros e cientistas de computação, pois trata-se de uma área do conhecimento em que a multidisciplinariedade é fundamental.
Com pesquisas e investimentos realizados nos últimos dez anos, já é possível explorar importantes desenvolvimentos em N&N. Dentre essas, a nanomedicina surge como uma das áreas na qual o impacto trará benefícios sociais imediatos. Como toda novidade, vários questionamentos são feitos sobre se é realmente possível obter os resultados previstos actualmente para a nanomedicina. Quem poderia imaginar, no início dos anos 60, que cirurgias microscópicas de correção de córnea poderiam ser feitas com lasers? Ou que o laser poderia substituir uma broca no preparo cavitário para remoção de cáries? Afinal, o primeiro laser foi demonstrado em 1960! Hoje, essas técnicas são realidade nos consultórios em várias partes do Brasil.
Há muitos exemplos do estado da arte na nanomedicina, como nanoodontologia, com pesquisa realizada em várias partes do mundo e outras em andamento no Brasil, dos quais vários podem ser encontrados, com detalhes, em endereços na Internet. Em particular, um livro recentemente lançado, intitulado Nanomedicine, por Robert Freitas Jr., tem seu primeiro volume disponível na web.
As aplicações da nanomedicina vão requerer a habilidade de construir estruturas e dispositivos com precisão atómica. Portanto, a biotecnologia já desenvolvida deve juntar-se à nanotecnologia de materiais, área avançada da N&N, e à nano-tec-nologia molecular, área mais recente, formando tecnologias habilitadoras chaves no desenvolvimento da nanomedicina. De acordo com Eric Drexler, a nanotecnologia molecular trata do controle posicional tridimensional de estruturas atómicas e moleculares para criar materiais e dispositivos moleculares.
A idéia da nanomedicina não é nova, mas é exclusiva do século XX porque a prova conclusiva da existência dos átomos só foi demonstrada no final do século XIX. A nanomedicina segue dois caminhos: o da tradição biológica e o da tradição mecânica. De acordo com a tradição biológica, a engenharia genética é explorada pelo desenvolvimento de nanomáquinas biológicas. Desde 1964, várias sugestões de técnicas de “reparo em nível celular ou mesmo molecular” foram publicadas. Em particular, em 1976, Donaldson (capítulo 1.3 do livro Nanomedicina) apresentou uma lista de técnicas biotecnológicas para reparo em nível celular. Entre essas, síntese e sequencialmente de DNA estavam incluídas, antecipando técnicas que só recentemente estão sendo colocadas em prática.
Nos anos 90, vírus preparados por meio da bioengenharia e outros tipos de vectores começaram a ser utilizados em genética experimental. Um exemplo recente de aplicação terapêutica de células construídas via bioengenharia foi o uso de vetores celulares endoteliais cerebrais modificados, preparados geneticamente para atacar glio-blastoma. Esse trabalho é o resultado de uma colaboração entre a Vion Pharmaceuticals e a Universidade de Yale.
A tradição mecânica foi certamente desenvolvida a partir das idéias de Feynman, descritas no seu artigo de 1959 (disponível no site http://www.zyvex.com). Feynman inclusive chegou a propor um procedimento “nanomédico” para o tratamento de doenças do coração. Esse tratamento sugere colocar o “cirurgião” dentro das artérias do coração. Claro que as informações precisam ser enviadas para o mundo externo. Parece impossível? Vale a pena lembrar que, actualmente, muitos circuitos de nossos computadores são menores que muitas das células no nosso corpo. Portanto, o maior desafio não é construir nanodispositivos biológicos, mas torná-los inteligentes.
Actualmente, 80 a 90% dos procedimentos médicos utilizam como solução processos homeostáticos naturais, não havendo necessidade de envolvimento de agentes biotecnológicos ou de nanotecnologia molecular. No entanto, a gama, eficácia, conforto e velocidade de tratamento e diagnóstico aumentam consideravelmente com o uso dessas novas tecnologias.
Nanorobots médicos programáveis têm sido propostos para uso em aplicações gerontológicas, pesquisa farmacêutica, diagnósticos clínicos e na-noodontológicos. Como exemplo em nanoodontologia, descrito por Robert Freitas Jr., em artigo na revista da American Dental Association (JADA, volume 131, pág. 1559, 2000), considere um dos procedimentos mais comuns no consultório do dentista: a injeção anestésica local, que envolve espera e vários graus de desconforto e, às vezes, complicações. Para induzir anestesia oral na era da nanoodontologia, o profissional incutirá uma suspensão coloidal contendo milhões de partículas “nanorobóticas” com propriedades analgésicas de tamanho micrométrico na gengiva do pa-cien-te.
Após contactar a superfície da coroa ou mucosa, os nanorobots chegarão à dentina migrando para dentro dos sulcos gengivais e passando, sem dor, através da “lâmina própria” ou camada de aproximadamente 2 milésimos de milímetro na junção cemento-dentina. Uma vez atingindo a dentina, os nanorobots entram nos tubos den-tinais de aproximadamente 4 milésimos de milímetro de diâmetro e avançam até a polpa, guiados por uma combinação de gradientes químicos, diferenças de temperatura e mesmo navegação posicional, contida no nanocomputador existente no nanorobots e controlado externamente pelo dentista. Esse controle externo, pelo dentista, permite escolher o melhor caminho até a polpa. O caminho total entre a superfície do dente e a polpa pode chegar a 10 mm. Uma vez instalado na polpa, os nanorobôs analgésicos podem ser comandados para “desligar” toda a sensibilidade, deixando o dente dormente.
Uma vez completado o tratamento, o dentista pode enviar outra informação e recuperar a sensibilidade. A informação pode ser enviada por impulsos acústicos (ultra-som). As vantagens desse tipo de analgésico oferecem ao paciente conforto, ansiedade reduzida, maior selectividade e controle do efeito analgésico, evitando efeitos colaterais e dispensando a agulha. Certamente o exemplo mais concreto envolve nanofármacos. São nanocápsulas – ainda não inteligentes – que podem se localizar em alvos específicos, entrando em túbulos tumorais de diâmetro só acessível a nanopartículas (dimensões da ordem de 50 nanômetros). Um exemplo atual é a comercialização de drogas com lipossoma encapsulada produzida pela Nexstar (doxarubicina para tratamento de câncer e anfotericina B para infecção fungal) que alcançou vendas de mais de 20 milhões de dólares em 1999.
Na área de nanofármacos ou nanotecnológica farmacêutica, nanobiotecnologia e biologia molecular, o Brasil tem pesquisas em estágio acelerado e relacionadas – talvez ainda não explícitas – à nanomedicina. Vários grupos com pesquisa interdisciplinar em Departamentos de Química, Biologia, Farmácia, Bioquímica e Física têm obtido resultados importantes.
Muito precisa ser feito para o desenvolvimento desse tema no país. Um primeiro passo importante será a disseminação da nanomedicina por meio de disciplinas nos cursos de graduação nas Instituições de Ensino Superior. A formação de recursos humanos nesse tema é fundamental, incluindo o treinamento de técnicos no uso de instrumentação avançada necessária a essas novas tecnologias aplicadas à saúde. Os eventos nas áreas médicas e biológicas deveriam contemplar, como palestrantes convidados, especialistas estrangeiros em nanomedicina, nanotecnologia molecular, nanobiotecnologia, entre outras interfaces da nanociência e nanotecnologia.
Endereços na internet
http://www.foresight.org/Nanomedicine
http://www.atomasoft.com/portal/bookonline/html
http://www.nanomedicine.com
http://www.eurekah.com
http://www.alltheweb.com
Para pesquisa de atualização, use a palavra chave “nanomedicine”
*Anderson Stevens Gomes é físico formado, graduado e mestrado pela
Universidade Federal de Pernambuco, doutor pelo (Londres) e pós-doutorado pela Universidade de Bown, Providence (EUA). É professor no Departamento
de Física da UFPE e colabora com o CNPq na formação do Programa Nacional de Nanociência e Nanotecnologia, atuando principalmente na área de
aplicação de lasers em bio fotonica e comunicações ópticas.
