ed75art2 - Jornal do PET Elétrica
Por Bárbara Nicoly Menezes de Oliveira
"Nano" significa pequeno, muito pequeno. Mas por que isso é tão especial? As razões pelas quais as nanociências e as nanotecnologias são tão promissoras em materiais, engenharia e afins são as mais diversas. Em primeiro lugar, em escala nanométrica, as propriedades da matéria como a energia, mudam. Essa é uma consequência direta do pequeno tamanho dos nanomateriais, fisicamente explicado como efeito quântico. Isso significa que um material (por exemplo, um metal) quando em forma de nano-tamanho, pode assumir propriedades que são muito diferentes daquelas quando o mesmo material está numa forma a granel. Por exemplo, grandes quantidades de prata são não tóxicas, enquanto que as nanopartículas de prata são capazes de matar um vírus quando em contato com o mesmo. Propriedades como condutividade elétrica, cor, força e variação de peso, podem tornar o mesmo metal um semicondutor ou um isolante no nível da nanoescala. A segunda propriedade excepcional de nanomateriais é que eles podem ser fabricados átomo por átomo por um processo chamado bottom up.
Figura 1: Nanomaterial.
Mas, a nanotecnologia não está presente apenas no âmbito da inovação tecnológica de equipamentos e processos. No campo da saúde, a chamada nanomedicina é considerada, por muitos especialistas, como o grande trunfo para o futuro: as expectativas são as maiores chances de identificar e destruir células doentes ou regenerar tecidos destruídos.
Os nanorrobôs atuariam dentro do corpo, introduzidos por via oral ou intravenosa. Sua função seria buscar células tumorais ou infectadas por vírus e destruí-las. Esse "nanoexército" poderia também exercer a função dos medicamentos convencionais: as nanopartículas potencializariam os processos químicos dos medicamentos, isso porque atuariam direto na lesão ou na célula doente. Na terapia, os sistemas teranósticos (que congregam terapia e diagnóstico no mesmo material) são grandes apostas. Por exemplo, pode-se utilizar uma mesma nanopartícula para promover o contraste da imagem por ressonância magnética (RM), e após a localização do tumor, esse mesmo material pode liberar um quimioterápico no local e até causar aumento localizado da temperatura, causando morte celular no mesmo.
Figura 2: Ligação de mebros à dispositivo eletrônico.
Figura 3: Interface aplicada à rede neural in test.
As nanotecnologias têm o potencial de melhorar todo o processo de cuidados que se inicia para um paciente, uma vez que haja a suspeita deste estar doente, desde o diagnóstico ao tratamento e monitoramento. O objetivo é o desenvolvimento de novos materiais e métodos para detectar e tratar doenças de forma orientada, precisa, eficaz e duradoura, além de tornar a prática médica mais segura e menos intrusiva.
A Nanomedicina além de ser capaz de potencializar todo o processo de diagnóstico de uma doença, com os biosensores, imagiologia molecular (para monitorização do progresso de uma terapia), lab-on-chips e de terapias com técnicas de estimulação ativada para drug delivery, theranostics (combinação de diagnósticos com terapia) traz uma das mais excitantes oportunidades no campo da medicina: Medicina Regenerativa.
A fabricação de implantes dinâmicos que não estão limitados a simples substituição de um órgão perdido, mas verdadeiramente restaurar a perda pode ser facilitada devido a nanotecnologia também ser empregada na fabricação de biomateriais que são sensíveis ao ambiente (por exemplo, respondem ao pH ou à presença de biomoléculas específicas) e, por essa razão, são chamados de "biomateriais inteligentes". Além disso, a pesquisa está sendo conduzida para incluir padrões em nano-escala no biomaterial, que simulam os sinais naturais e imitam os mecanismos de sinalização molecular, a fim de desencadear eventos biológicos desejados, tais como a adesão celular, a diferenciação e a sua propagação.
Então você deve estar se perguntando: onde o Engenheiro Eletricista entra em toda essa conversa biológica de nanomateriais e regeneração? A resposta está nos nanosensores, que podem ser inseridos dentro de um biomaterial (por exemplo, biosensores de nanofios) funcionando como receptores, sendo capazes monitorizar a presença de pequenas moléculas orgânicas, proteínas ou células. Isto poderia ser usado para recolher informações sobre a situação do implante e atividade. Essa informação de retorno pode ser utilizada para maximizar a eficácia e a segurança do implante. Então atuar no desenvolvimento de métodos para susbtanciar esse tráfego de sinais carregados de informações importantes para a tradução médica é um papel fundamental na inserção do potencial da nanotecnologia na medicina.
Figura 4: Prótese biônica. http://excedrin.media.mit.edu/biomech/wp-content/uploads/sites/3/2013/05/volitional-control_whiteBG-1024x577.png
A 'neuron prosthesis' é um dispositivo implantado para restaurar uma função do neurônio perdida ou danificada. Existem dois principais tipos de prótese neural: motor e sensorial. Muito progresso na última década tem sido facilitado pela miniaturização. Nanotecnologias oferecem oportunidades para continuar esta tendência de miniaturização, mas também para introduzir novas funcionalidades, tais como eletrodos que fazem interface ativa com os nervos, sensores menores e mais poderosos, atuadores e sistemas de controle ao longo da prótese para torná-la mais natural e eficaz.
Esse tipo de dispositivo leva os sinais a partir do cérebro e converte a informação de controle para um dispositivo de acionamento que executa as intenções do paciente. Exemplos incluem membros artificiais ou mãos.
Pesquisas na área motora e sensitiva não são apenas dirigidas para a fabricação de próteses para movimento humano, mas também à robótica para a cirurgia assistida por computador, investigação marinha, astronomia, etc.
Além das próteses neurais que restauram funções de movimento, neuroprosthesis visuais auditivas também são extremamente importantes. Ambas as tecnologias têm feito enormes progressos na última década e muito tem sido ativado por micro e nanotecnologias. Um exemplo é o implante coclear, que é um tipo de neuroprosthesis eletrônica implantado no ouvido, onde estimulam os ossículos eletromecanicamente, ao invés de acusticamente, quer através de transdutores eletromagnéticos ou piezoeléctricos.
O potencial que o domínio dessa nova tecnologia das "nanocoisas" concerne à humanidade é compáravel a grandes avanços, marcos na história do progressor, como a criação do computador, por exemplo. Grandes investimentos já são realizados em centros de pesquisa renomados na área da Bioengenharia voltada para nanotecnologia e as aplicações são tão diversificadas que se esperam avanços significativos com boas promessas em uma gama de campos na saúde. Os centros de pesquisas que já dominam as primeiras técnicas estão na Alemanha, na França e principalmente nos Estados Unidos, que desenvolveu – por meio de seu Instituto do Câncer – um grupo de pesquisas específico: a Aliança pela Nanotecnologia no Câncer.
Non invasive Brain-Machine Interfaces. Federico Carpi, Danilo De Rossi.
Nanofabricated 3D cage-like structures for cancer cell discrimination. Barbara Spagnolo. Nanotechnology (IEEE-NANO) , 2015 IEEE 15th International Conference on.
Comparative End-to-End Analysis of Ca2+-Signaling-Based Molecular Communication in Biological Tissues. Michael Taynnan Barros. IEEE Transactions on Communications (Volume:63 , Issue: 12 ), 2015.
NANOTECHNOLOGIES: Principles, Applications,Implications and Hands-on Activities. Edited by the European Commission. Authors: Luisa Filipponi and Duncan Sutherland.