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Como os engenheiros químicos podem contribuir para combater o COVID-19?
Publicado por Harrson S. Santana em 16/12/2020 16/12/2020
O novo coronavírus foi identificado pela primeira vez em meados de novembro de 2019 na cidade de Wuhan, China, e desde então tem se alastrado por todo o mundo, levando a coronavirus disease 19 (COVID-19) a ser considerada uma pandemia pela Organização Mundial de Saúde (OMS), já em Fevereiro de 2020. O vírus SARS-CoV-2, causador da COVID-19, já infectou milhões de pessoas no mundo e matou milhares de pessoas.
Na época da escrita desse texto (dezembro de 2020), houve 67 210 778 casos confirmados de COVID-19, incluindo 1 540 777 mortes, relatados à OMS. Números estes que não param de crescer tendo em vista a fácil transmissão do vírus por vias aéreas, através de gotículas de saliva presentes na tosse, espirro e fala, portanto, apenas o contato próximo com uma pessoa infectada já seria suficiente para ocorrer a transmissão entre humanos. Tal facilidade de transmissão levou bilhões de pessoas, ao redor do mundo, a permanecer sob quarentena em suas casas, mantendo um rígido distanciamento social [1–4]. É reportado que por volta de 80% dos pacientes infectados com o vírus desenvolvem sintomas leves a moderados, enquanto que, 20% destes podem desenvolver sintomas graves, como pneumonia, síndrome respiratória aguda grave, sepse pulmonar, inclusive desfecho de óbito. Já se têm relatos de que a doença também acomete outros órgãos, além dos pulmões, como o coração, cérebro e rins [5,6].
O Sars-Cov-2 pertence à família Coronaviridae tendo em vista que, sob análise (microscopia eletrônica) de sua superfície e morfologia, identificam-se espículas formadas por trímeros da proteína S as ‘spike proteins’ que dão aparência de coroa, daí o nome ‘coronavírus’. Observa-se assim, que o novo vírus é da mesma família que o SARS-CoV, que infectou 8000 pessoas e matou 800 em 2002, e do MERS-CoV, que em 2012 infectou 2294 pessoas e matou 35% delas. Até o momento, já foram identificados mais de 14 diferentes eventos de mutação no vírus, com alterações estruturais em sua coroa, dificultando o processo de desenvolvimento de vacinas, devido a transitoriedade de pontos alvo no tratamento contra o vírus, ou seja, sua maior resistência às estratégias propostas pelos pesquisadores envolvidos. Entretanto, sua semelhança com os outros vírus da família Coronaviridae auxilia o processo estratégico de desenvolvimento, além da maior rapidez nas pesquisas sobre a SARS-CoV-2 [2,4,7,8]. O que levou a vacina contra a Covid-19 ser o mais rápido na história [você pode ver, por exemplo, como a vacina da Pfizer funciona nesse link].
Diante dessa crise sem precedentes na história da humanidade, diversos grupos de pesquisas, empresas e governos estão empenhados no desenvolvimento de vacinas e medicamentos. Isso incluí virologistas, imunologistas, epidemiologistas, oncologistas, biotecnólogos, químicos, bioquímicos , bioinformáticos etc. E não só profissionais dessas áreas estão se empenhando para combater o COVID19. Pessoas das mais diversas áreas do conhecimento estão fazendo a sua parte para que todos nós possamos superar essa crise. Engenheiros químicos também estão tentando contribuir para que possamos conter o vírus SARS-CoV-2. Entretanto, muitos não sabem como utilizar os conhecimentos que possuem em Engenharia Química e colaborar no combate ao COVID19.
Foi pensando nisso que eu e meus colegas publicamos recentemente o artigo “How Chemical Engineers can contribute to fight the COVID-19” no periódico Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. Nesse trabalho nós discutimos algumas áreas do conhecimento que o engenheiro químico e profissionais afins podem utilizar o amplo espectro de conhecimentos que possuem.
O papel do engenheiro sempre foi buscar soluções criativas para problemas da sociedade. Desde o início do século XX, os engenheiros químicos vem se especializando no design e operação de processos que sintetizam uma ampla gama de produtos com valor agregado, que vão desde energia, polímeros a chips de computador. Esses engenheiros trabalham em industrias químicas, empresas ambientais, agências administrativas, escritórios, empresas bancárias etc. O engenheiro químico é ensinado a trabalhar no limiar com outras ciências e tecnologias, sem abdicar de conhecimentos bases de Termodinâmica, Fenômenos de Transporte e Engenharia das Reações Química, além de bases científicas da Matemática, Física, Química e Biologia [9,10]. Nesse trabalho nós mostramos como os engenheiros químicos podem utilizar os seus conhecimentos e colaborar no combate ao COVID19.
Indústria química. Image by LEEROY Agency from Pixabay.
Nosso trabalho foi organizado a partir do desenvolvimento de vacinas, uma vez que é uma das estratégias eficazes mais comuns para obtenção de imunização populacional. Também foram explicados os protocolos médicos, incluindo os fármacos ativos testados no combate ao COVID-19. Em seguida, foram elucidados os aspectos mais importantes da dinâmica dos fluidos, uma vez que estão diretamente ligados à propagação da doença pelas vias de transmissão por via aérea e à dinâmica das gotas.
Em seguida, para atender à demanda material gerada a partir da pandemia, por exemplo, equipamentos de proteção individual, foi detalhado o uso da engenharia reversa e da manufatura aditiva (impressão 3D) para contornar tal problema. Finalmente, algumas tecnologias de ponta no diagnóstico de doenças e no monitoramento de pandemia foram exploradas, incluindo diagnósticos baseados em Microfluídica e o uso de Inteligência Artificial.
Nesse sentido, esta revisão foi dividida nas seguintes seções: vacinas e medicamentos, dinâmica de fluidos, impressão 3D, microfluídica e inteligência artificial. As metas de forma geral de cada seção do artigo são familiarizar o leitor com os trabalhos mais importantes sobre o COVID19 e o tópico em questão e fornecer ao leitor um guia para direcionar suas pesquisas fornecendo pesquisas atuais nessas áreas. Nosso objetivo é que o artigo sirva como uma fonte de informação para pesquisadores, professores, profissionais e estudantes na área de Engenharia Química e áreas correlatas.
Para ler o artigo de revisão completo intitulado “How Chemical Engineers can contribute to fight the COVID-19”, visite o site do periódico Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers [link aqui].
Referências
[1] T. Mohamed, A. El-aziz, J.D. Stockand, Infection , Genetics and Evolution Recent progress and challenges in drug development against COVID-19 coronavirus ( SARS-CoV-2 ) – an update on the status, Infect. Genet. Evol. 83 (2020) 104327. doi:10.1016/j.meegid.2020.104327.
[2] M. Cascella, M. Rajnik, A. Cuomo, S.C. Dulebohn, R. Di Napoli, Features , Evaluation and Treatment Coronavirus (COVID-19), StatPearls. (2020). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK554776/.
[3] Corona Time Map, (2020). https://coronatimemap.com/ (accessed May 25, 2020).
[4] M. A. Sherren, S. Khan, A. Kazmi, N. B., R. Siddique, COVID-19 infection: Origin, transmission, and characteristics of human coronaviruses. Journal of Advances Research. 24 (2020) 91-98. https://doi.org/10.1016/j.jare.2020.03.005
[5] Q. Gao, L. Bao, H. Mao, L. Wang, K. Xu, M. Yang, Y. Li, L. Zhu, N. Wang, Z. Lv, H. Gao, X. Ge, B. Kan, Y. Hu, J. Liu, F. Cai, D. Jiang, Y. Yin, C. Qin, J. Li, X. Gong, X. Lou, W. Shi, D. Wu, H. Zhang, C.Q. Lan, Development of an inactivated vaccine candidate for SARS-CoV-2, Science (80-. ). 1932 (2020) 1–10. doi:10.1126/science.abc1932.
[6] S. Zaim, J.H. Chong, V. Sankaranarayanan, A. Harky, COVID-19 and Multi-Organ Response, Curr. Probl. Cardiol. 45 (2020) 1–21. doi:https://doi.org/10.1016/j.cpcardiol.2020.100618.
[7] B. Korber, W.M. Fischer, S. Gnanakaran, H. Yoon, J. Theiler, W. Abfalterer, B. Foley, E.E. Giorgi, T. Bhattacharya, M.D. Parker, D.G. Partridge, C.M. Evans, T.I. de Silva, C.C. LaBranche, D.C. Montefiori, Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2, BioRxiv. (2020) 2020.04.29.069054. doi:10.1101/2020.04.29.069054.
[8] R. De Alwis, S. Chen, E.S. Gan, E. Eong, Impact of immune enhancement on Covid-19 polyclonal hyperimmune globulin therapy and vaccine development, EBioMedicine. 55 (2020). doi:10.1016/j.ebiom.2020.102768
[9] Himmelblau, D. M.; Riggs, J. B. Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering. 8°. Ed. FT Press, 2012.
[10] PORTAL LABORATÓRIOS VIRTUAIS DE PROCESSOS QUÍMICOS, O que é a Engenharia Química.
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=113&Itemid=426, (accessed 06 August 2020)
Este texto foi publicado originalmente no Blog Microfluídica
Os argumentos expressos nos posts deste especial são dos pesquisadores. Dessa forma, os textos foram produzidos a partir de campos de pesquisa científica e atuação profissional dos pesquisadores e foi revisado por pares da mesma área técnica-científica da Unicamp. Assim, não, necessariamente, representam a visão da Unicamp e essas opiniões não substituem conselhos médicos.
editorial
Categorias: Conhecimento científico para entender pandemia
Tags: covid-19engenharia químicaimpressão 3dmicrofluídica
Harrson S. Santana
Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.
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