A física por trás das soluções ao novo coronavírus - São Carlos Agora
05 Abr 2020 - 09h08Por Kleber Chicrala
Modelo em 3D do Coronavírus - Imagem: 123RF - Crédito: – Jornal da USP
Diretor do CEPOF – IFSC – USP
Infecções de todos os tipos constituem o maior dos desafios para a humanidade. Não se trata apenas das novas doenças, como o COVID-19, mas as velhas doenças têm seus causadores, principalmente as bactérias e fungos tornando-se resistentes aos antibióticos e fungicidas. Todos estão prevendo uma tragédia, se ações não forem tomadas imediatamente. Como enfrentar esta situação? Só com grandes investimentos em ciências e tecnologia. O desenvolvimento cientifica é o motor que propulsiona a humanidade. Além de promover seu avanço,ele será responsável pela sua salvação.É importante que isso esteja claro á todos governantes. Em especifico, como a física tem sido determinantenas soluções destas situações, é o tema deste artigo.
Na historia da humanidade, as chamadas pandemias ( doenças que se espalham por várias partes do planeta) , sempre foram desastrosas . Elas normalmente matam maisque as guerras. A humanidade viveu várias pandemias ao longo de sua existência, isto não é novo. A diferença é que graças ao trabalho fantástico dos cientistas, cada vez conseguimos amenizar muito os seus efeitos. Para uma pessoa comum, às vezes é difícil avaliar o grande valor que a ciências faz no dia a dia de todos, e principalmente o grande beneficio que tem nestes momentos. A ciência temevitado que a tragédia seja maior.Todas as ciências básicas, como química, física, biologia e matemática contribuem de forma definitiva. No entanto, a Física, tem tido um papel de destaque. Ao longo da história, a Física evolui de mera geradora de conhecimento, para protagonista das soluções. Hoje, podemos dizer, com segurança,que ela vem contribuindo com conceitos e técnicas que fazem uma grande diferença, em momentos como este que estamos vivendo. A cada ano que passa, as técnicas capazes de detectar, interferir, prever e amenizar efeitos de pandemias progridem para o melhor. Isto graças ao avanço das ciências, em especial a física. Neste contexto, tem vantagens quem nela investe.
O principal interesse da física é o entendimento do micro-mundo, aquele dos átomos e das moléculas. O que acontece neste micro-mundo é que gera as conseqüências do chamado macro-mundo,que nos humanos observamos. No passado , as doenças não tinham explicação, depois veio a descoberta do microscópio ( Instrumento físico que permite ampliar e observar um mundo de dimensões muito menores: os microorganismos) . Este instrumento físico tirou o homem da escuridão e tornou visível algo que seus olhos não eram capazes de ver. Depois veio a grande evolução no entendimento da estrutura molecular, em especial daquelas moléculas essenciais a vida.Isto foi um novo salto, que graças as técnicas de espectroscopia por Raio-X, tornou possível desvendar a vida vista no nível molecular. Diversas descobertas de físicos e químicos , tornaram nossa visão ainda mais ampliada. Uma área denominada de biologia estrutural, nasceu da evolução destes desenvolvimentos, e tem sido fundamental no entendimento da ação dos vírus, através da determinação de sua estrutura e principalmente da sua forma de multiplicar-se. Se não fossem estas técnicas desenvolvidas pela Física, hoje não poderíamos em menos de dois meses, descobrir que a nova doença é devido a um novo vírus: o Novo CoronaVirus ( SARS-Cov-2). Mais do que isto, o avanço da física e do estudo de centenas de físicos e químicos que desenvolveram formas adequadas de processar dados que advém dos instrumentos de medida como espalhadores de Raio-X e outros, permite já determinar como deve ser a vacina que deverá impedir sua ação no ser humano. Olhando e entendendo a estrutura das moléculas fundamentais que forma o vírus, é possível saber como que uma molécula( ou conjunto delas) deve ser adicionada as células ( vacina) para impedir que elas virem uma máquina de reprodução viral, e portanto evitando que a doença se instale no indivíduo. As técnicas e visão do mundo molecular desenvolvido pela física, agora torna-se sinônimo de sobrevivência para a humanidade. O recente aperfeiçoamento da microscopia eletrônica, através da chamada microscopia eletrônica criogênica, também tem tornado eficiente o processo destes estudos. O potencial de ver grandes moléculas fundamentais a vida, determinar suas estruturas e comportamento é uma das principais missões do nosso Laboratório Nacional de Luz Sincrotron, e agora com sua nova linha o SIRIUS. O Desenho de medicamentos que tenham ação inibidora nos vírus e bactérias, dependem do conhecimento de suas estruturas, caso contrário voltamos a atuar na forma de tentativa e erro. Isto não mais é possível frente a atual situação, não temos mais tempo para jogos ao acaso. Certamente, veremos agora o valor do investimento feito. E sobre os exames de diagnósticos, também dependem da física? Claro que sim!. Tomar uma amostra de sangue do paciente, identificar fragmentos moleculares que demonstrem a existência do vírus na amostra, é como procurar uma agulha no palheiro. Somente com técnicas físico-químicas é que podermos ampliar o sinal e detectar que ali temos o vírus. A chamada técnica de PCR ((Polymerase Chain Reaction) é fruto de muito investimento e agora é fundamental para que possamos detectar e socorrer os doentes. Os chamados marcadores, que são moléculas capazes de acharem substanciam específicasindicadoras da existência de doenças em um indivíduo,usam técnicas físicas, principalmente ópticas, para serem detectadas. Estas técnicas e aparelhos, hoje presente em hospitais e laboratórios de análises clinicas, foram desenvolvidos em diversas pesquisas cientificas, que dão a sociedade o retorno esperado. Assim que surgiu os primeiros alardes da doença COVID-19, pesquisadores de todos lugares começaram a direcionar sua atenção para poderem contribuir, melhorando as técnicas existentes e criando novas e ainda melhores. A espectroscopia óptica e a microscopia eletrônica, nunca estiveram tão desenvolvidas e a disposição . Muito já estão trabalhando, na formulação de uma vacina especifica ao Corona Vírus, bem como desenhando drogas que deverão atenuar seus efeitos.
A física não para nos processos moleculares como descritos. As modernas técnicas de redes neurais e inteligência artificial, tem permitido prever com precisão o avanço da doença bem como suas conseqüências. Os físicos tem sido capazes de prever o comportamentoda progressão da infecção em diferentes cenários. Inclusive, sabendo que o vírus apresenta mudanças ( mutações), estes procedimentos de física teórica tem permitido avaliar as conseqüências destes fatos. Tais previsões são fundamentais para alertar governantes e associações sobre os riscos envolvidos e direcionar ações.
Tudo isto vem ocorrendo, mas agora temos que nos preocupar em tratar os doentes.. Todos dizem que no momento o melhor é ficar de repouso, mas também dizem que muitos não irão resistir. Será que a física tem possíveis soluções para isto?. A resposta é sim. Há técnicas em desenvolvimento para evitar a catástrofe da pneumonia resistente aos antibióticos, que podem em principio, ser aplicada para aliviar a carga virial e os sintomas da doença em pacientes infectados. A técnica que vem sendo desenvolvida na USP de São Carlos – Instituto de Física de São Carlos (IFSC), e consiste na inalação de uma moléculadenominada de foto-sensibilizador, que tem afinidade por bactérias e vírus. Uma vez inalada , esta moléculapode ser ativada por luz, tornando-se mortífera para os vírus e bactérias, mas não para as células normais do sistema respiratório. A luz chega ao interior dos brônquios, através de um sistema de iluminação extracorpórea, como demonstra o infográfico. O uso de ação fotodinâmica ( nome dado ao principio desta técnica) já vem sendo empregado com sucesso em modelos animais com pneumonia resistente, em humanos no caso do HPV, infecções de garganta, e em descontaminação de órgãos para transplantes, com inclusive ação sobre os vírus da hepatite. Se funcionar bem , poderá ser uma excelente técnica pesquisada para rapidamente eliminar a carga viral nas vias aéreas, eliminando sintomas de pacientes infectados , bem como diminuir seu potencial de infectar outros. Tais desenvolvimentos, em vista destas possibilidades estão agora sendo acelerados, inclusive com a elaboração de convênios com o setor produtivo para alavancar tais tecnologias.
A Física vem avançando com conhecimentos, técnicas e tecnologias para todas as áreas do conhecimento. Por trás das doenças, há uma grande atividade científica. De fato, somente o conhecimento empregado e focado no problema pode contribuir para a solução. Decretos governamentais minimizam o problema, mas não o resolvem. Estamos vivendo umapandemia, que para muitos de nós é novidade. No entanto, os indicativos são de que teremos diversos problemas parecidos no futuro próximo. A lição tem que ser aprendida agora. Temos que nos preparar com antecedência e permitir que a ciência, incluindo a Física, trabalhe a todo vapor para dar sua contribuição. Como diz a famosa frase:"Escolhas e não sorte determina o destino". Temos que fazer as escolhas certas, pois o Brasil merece um destino seguro.
A luz chega ao interior dos brônquios, através de um sistema de iluminação extracorpórea, como demonstra o infográfico. Fontes: Jornalista Científico – Ms. Kleber Jorge Savio Chicrala do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF) – Instituto de Física de São Carlos (IFSC) – Universidade de São Paulo (USP) e Prof. Dr. Vanderlei Salvado Bagnato( Diretor do CEPOF – IFSC – USP)