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Nanotubos de carbono
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UNIVERSIDADE FEDERA L DE MINAS GERAIS
PAULA CAMPOS DUARTE PEREIRA
BIOCOMPATIBILIDADE E PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS NANOTUBOS DE CARBONO
Belo Horizonte 2009
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PAULA CAMPOS DUARTE PEREIRA
BIOCOMPATIBILIDADE E PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS NANOTUBOS DE CARBONO
Monografia apresentada a Universidade Federal de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Microbiologia. Área de concentração: Microbiologia Orientador: Professor Ary Correa Junior
Belo Horizonte 2009
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Dedico à minha mãe, por ser minha melhor amiga, companheira e incentivadora. Ao meu pai, por ser sempre o meu mestre, cujo exemplo de ser humano e de profissional eu procuro seguir. Ao meu marido pelo apoio incondicional, amor e compreensão. As minhas irmãs pela credibilidade e amizade. Ao meu avô e minhas avós pelos ensinamentos e grande conhecimento.
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Sinceros agradecimentos ao meu orientador, por confiar em mim mostrando os caminhos que me permitiram finalizar este trabalho, e a equipe do laboratório por onde um tempo caminhei. A todos os professores da especialização de Microbiologia pela convivência e inteligência cativantes, que guiaram e direcionaram meus interesses acadêmicos.
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RESUMO O surgimento de áreas como a Nanotecnologia e Nanobiotecnologia proporcionaram
novas descobertas e aplicações extremamente promissoras para os materiais em
escala nanométrica. Os nanomateriais são produtos de enorme interesse e
possivelmente os componentes imprescindíveis no mercado futuro da alta
tecnologia. Entre eles o material de maior interesse e pesquisa em diversas áreas é
o nanotubo de carbono, que apresenta características como insolubilidade, tensão
mecânica, grande área superficial, resistência, biocompatibilidade e susceptibilidade
a modificação química. Neste trabalho foi feita uma revisão bibliográfica de artigos
científicos referentes à biocompatibilidade dos nanotubos de carbono e suas
principais aplicações na área de Microbiologia, abrangendo estudos deste material
como suporte para crescimento celular, transfecção e silenciamento gênico,
detecção de microrganismos, carreador genético, de drogas e vacinas e os
potenciais riscos durante a sua fabricação e manipulação. As pesquisas e novas
aplicações futuras estão direcionadas para estudos na área da Engenharia de
Tecidos. Devido às suas inúmeras e diversificadas possibilidades de aplicação, os
CNTs se constituem em uma das mais brilhantes promessas da nanotecnologia.
Contudo, desenvolver e consolidar uma tecnologia sustentável, confiável e com
qualidade para a fabricação de nanotubos de carbono em larga escala e baixo custo
é o grande desafio da comunidade científica.
Palavras-chave: Nanotubos de Carbono, Nanobiotecnologia, Biocompatibilidade
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LISTA DE SIGLAS CNT – Carbon nanotube (Nanotubos de carbono)
f-CNT – Nanotubo de carbono funcionalizado
LPS – Lipopolissacarídeo
MWCNT – Multi-wall carbon nanotube (Nanotubo de carbono de paredes múltiplas)
nm – Nanômetro
RNAi – RNA de interferência
RNAdf – RNA de dupla fita
siRNA – Small interfering RNA (Moléculas curtas de RNA de interferência)
SWCNT – Single wall carbon nanotube (Nanotubo de carbono de parede simples)
TEM - Microscópico eletrônico de transmissão
TERT – enzima telomerase
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SUMÁRIO
RESUMO ......................................................................................................................................... 4
LISTA DE SIGLAS .......................................................................................................................... 5
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 7
2 NANOTECNOLOGIA E NANOBIOTECNOLOGIA ............................................................... 9
3 NANOTUBOS DE CARBONO (CNT) ...................................................................................10
4 BIOCOMPATIBILIDADE DOS NANOTUBOS DE CARBONO ...........................................13
5 APLICAÇÕES DOS NANOTUBOS DE CARBONO ............................................................17
5.1 Atividade Antimicrobiana ................................................................................................17
5.2 Carreador de Drogas e Vacinas .....................................................................................19
5.3 Carreador Genético .........................................................................................................21
5.4 Silenciamento Gênico .....................................................................................................23
6 PERSPECTIVAS E APLICAÇÕES FUTURAS DOS NANOTUBOS DE CARBONO .......25
6.1 Biosensores .....................................................................................................................26
6.2 Engenharia de Tecidos ou Crescimento Celular ..........................................................27
6.3 Transfecção Gênica ........................................................................................................28
7 POTENCIAIS RISCOS DOS NANOTUBOS DE CARBONO .............................................28
7.1 Toxicidade Pulmonar ......................................................................................................29
7.2 Irritação da Pele ..............................................................................................................29
7.3 Citotoxicidade dos CNTs ................................................................................................29
8 CONCLUSÃO .........................................................................................................................30
9 BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................32
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1 INTRODUÇÃO As últimas décadas do século passado se caracterizaram por transformações
radicais no cenário mundial, induzidas pelas inovações tecnológicas lideradas pelas
TIC - Tecnologias de Informações e Comunicações. Estamos vivendo a era pós-
industrial, com os países industrializados, paulatinamente, se transformando em
sociedades do conhecimento e onde a ciência, tecnologia e inovação predominam
no interesse econômico.
Na multiplicação do conhecimento vivido pela ciência, a área de ciências da vida se
destaca liderando o esforço mundial de pesquisadores, cientistas, organizações e
empresas para entender mais profundamente a vida no planeta e,
consequentemente, enfrentar os desafios para seu prolongamento com qualidade. É
justamente na área da saúde, entre outras, onde estão as aplicações mais nobres
da nanotecnologia, foco do interesse maior deste trabalho monográfico.
A constante busca por materiais cada vez menor es e com características específicas
como resistência, biocompatibilidade e condução elétrica tem sido um dos principais
objetivos na área tecnológica. Como resultado, nos últimos anos, novas técnicas
foram descobertas e aplicadas para fabricação de materiais em escala atômica ou,
melhor dizendo, em escala nanométr ica.
Surgem assim, novas áreas como a Nanotecnologia que pode ser definida como a
ciência e a engenharia envolvidas na concepção, síntese, car acterização e apli cação
de materiais e dispositivos cuja menor organização funcional, em pelo menos um
deles, é a dimensão em escala nanométrica (SAHOO, et al. 2007). A
Nanobiotecnologia, que é a interface entre a Nanotecnologia e a Biotecnologia, tem
como objetivo o desenvolvimento de novos produtos e aplicações em escala
nanométrica (CHAN, 2006) .
Considerando o rápido avanço tecnológico e as novas áreas para pesquisa
ALMEIDA (2005) mencionou:
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O mundo encontra-se no limiar de uma nova revolução industrial, ou melhor, ele já
está, de fato, mergulhado nela: trata-se, obviamente, da transformação radical dos
processos e produtos de nossa atual civilização industrial por meio da aplicação
do infinitamente pequeno às mais diferentes utilidades da vida diária. Essa
revolução é bem mais importante, e mais desafiadora, do que aquelas que
presidiram ao domínio do homem sobre as forças da natureza, nas três revoluções
anteriores ou etapas precedentes de progressos materiais e tecnológicos, desta
nossa civilização industrial
No que tange a essa nova ár ea do conheci mento veri fica-se que ciência e inovações
tecnológicas caminham juntas, fazendo com que a pesquisa seja um trabalho de
característica multidisciplinar.
As nanopartículas, nanoesferas e outros materiais nanoestruturados são produtos
de enorme e atual interesse. Embora ainda não tenham revolucionado inteiramente
nosso cotidiano, os nanomateriais serão com certeza os principais componentes no
mercado futuro da alta tecnologia. Um marco fundamental para o domínio das
pequenas di mensões foi à descoberta por Iijima em 1991 dos nanotubos de carbono
(CNT).
Atualmente, as pesquisas envolvendo nanotubos de carbono abrangem testes deste
material como suporte para crescimento celular, transfecção e silenciamento gênico,
detecção de microrganismos, carregamento e liberação de drogas, seqüenciamento
rápido de DNA, entre outros.
O presente trabalho tem como objetivo produzir, sem, contudo querer esgotar o
assunto devido a sua complexidade, uma detalhada revisão bibliográfica de artigos
científicos referentes à biocompatibilidade de nanotubos de carbono e suas
principais aplicações na área de Microbiologia, procurando conhecer os avanços do
conhecimento nesta área que se apresenta imprescindível para o futuro da
Nanobiotecnologia.
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2 NANOTECNOLOGIA E NANOBIOTECNOLOGIA A Nanotecnologia é a técnica de criar, fabricar e manipular estruturas e partículas
em escala nanoscópica (CHAN, 2006). As grandes vantagens da Nanotecnologia é
apresentar materiais com propriedades químicas, físico-químicas e comportamentais
diferentes daquelas apresentadas em escalas maiores (BERGMANN, 2008),
tornando-os mais reativos e as reações químicas mais numerosas, além de
proporcionar novas propriedades para este material a partir da funcionalização de
diferentes componentes ( CHAN, 2006) .
O prefixo “nano” está relacionado a uma escala de medida em que um nanômetro
(nm) é equivalente a um bilionésimo do metro (10-9 m) (SAHOO, et al. 2007) e
tecnologia refere-se ao desenvolvimento e produção de novos mater iais.
De acordo com SAHOO et al. (2007), os concei tos de Nanotecnol ogia foram primeiro
estabelecidos em 1959 pelo físico Richard Feynman em sua palestra “There’s plenty
of room at the bottom”. Feynman explorou a possibilidade de manipulação de
materiais à escala individual de átomos e moléculas (...) e o aumento da capacidade
de analisar e controlar matéria à escala nanométrica. O termo nanotecnologia foi
empregado apenas em 1974, quando Norio Taniguchi, um pesquisador da
Universidade de Tóquio, aplicou-o como a habilidade de desenvolver materiais a
nível nanométrico. A indústria eletrônica foi a primeira em desenvolver pesquisas
com o objetivo de miniaturizar materiais, tornando-os mais efetivos e complexos e
abrindo, assim, o campo para novos experi mentos advindos de inúmeras áreas.
Conforme referido por ALMEIDA (2005):
Todos os países inovadores estabeleceram e apóiam ativamente programas de
nanotecnologia, com orçamentos crescentes e do mesmo nível que a
biotecnologia, tecnologias da informação e meio ambiente. Os programas de
nanotecnologia analisados estão vinculados às estratégias nacionais de
desenvolvimento econômico e de competitividade e todos têm alvos econômicos
definidos. Todos os setores industriais estão desenvolvendo produtos
nanotecnológicos, (...).
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De acordo com o relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia, Brasil (2006), os
locais que mais investem em Nanotecnol ogia ainda são os EUA, Europa e Japão,
cada região investindo cerca de um bilhão de dólares ao ano, concentrando juntos
cerca da metade dos investimentos no mundo. No entanto, países como a Rússia,
China, Índia e Brasil têm feito investimentos significativos no setor nos últimos anos,
sendo que o governo brasileiro já investiu R$ 140 milhões entre 2001 e 2006 em
redes de pesqui sa e projetos nesta área.
A Nanobiotecnologia, uma das aplicações da Nanotecnologia, é uma área
emergente de pesquisa e é considerada como a integração de duas tecnologias
recentes: a Nanotecnologia e a Biotecnologia. Caracterizada por sua
transdisciplinaridade, a Nanobiotecnologia se dedica ao desenvolvimento e
manipulação da matéria a nível molecular, visando à criação de novos materiais,
substâncias e produtos aplicados em processos biológi cos (CHAN, 2006) .
A lista completa das potenciais aplicações em Nanobiotecnologia é vasta e muito
diversa para ser discutida em detalhes mas, sem dúvida, destacam-se áreas como a
Nanomedicina que lidera pesquisas no ramo da engenharia de tecidos, diagnóstico,
biosensores e nanofármacos (BERGMANN, 2008 e SAHOO, et al. 2007).
Como pode ser constatado na citação de HERBST et al. (2004), o material de maior
interesse e pesquisa na área de Nanobiotecnologia é o nanotubo de car bono (CNT):
A diversidade das aplicações, reais ou potenciais, dos NC, assim como a
necessidade de controlar as morfologias apropriadas para sua utilização, faz da
pesquisa nesta área do conhecimento um trabalho de característica
eminentemente multidisciplinar, envolvendo fatores que definem o sucesso de
suas aplicações, tais como rota de síntese, processamento em formas variadas e
qualidade dos NC.
3 NANOTUBOS DE CARBONO (CNT) Os nanotubos de carbono foram descobertos por Iijima em 1991. “Os CNT são
formados de arranjos hexagonais de carbono que originam pequenos cilindros”
(HERBST et al., 2004). Considerando a estrutura dos CNT, estes podem ser
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diferenciados em dois tipos: os nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT –
single wall carbon nanotube), que podem ser considerados como uma única folha de
grafeno enrolada sobre si mesma para formar um tubo cilíndrico com diâmetro de
0.4-2nm, e os nanotubos de carbono de parede múltipla (MWCNT – multi-walled
carbon nanotube) que compreendem um conjunto de nanotubos concêntricos
apresentando diâmetro entre 2-100nm (HERBST et al., 2004 e SMART et al., 2005).
Segundo TERRONES (2003) e HERBST et al. (2004), os SWCNTs ainda podem ser
caracterizados considerando seu diâmetro e ângulo chiral, também denominado
ângulo de helicidade (ɸ). Estes parâmetros, que resultam nos índices de Hamada
(n,m)6, definem a maioria das propriedades dos SWCNTs e os divide nos seguintes
arranjos: armchair (n = m), zig-zag (n,m = 0) ou chiral (n ≠ m ≠ 0), sendo n e m
números inteiros.
Os nanotubos de carbono podem ser sintetizados através de inúmeros métodos.
Dentre eles, os mais utilizados são o método do arco de carbono, deposição de
vapor químico (CVD) (EBBESEN, 1994), método catalítico e de decomposição de
monóxido de carbono em altas pressões e temperaturas (HERBST et al., 2004).
“Embora sejam bastante utilizados, estes métodos produzem somente uma pequena
quantidade de SWCNT, o que eleva em muito seu custo e impede sua aplicação em
grande escala” (HERBST et al., 2004). Além disso, a maioria destes métodos gera
grandes quantidades de impurezas, como o carbono amorfo e partículas metálicas
(HERBST et al., 2004).
Ao contrário dos métodos citados acima e conforme descrito por EBBESEN (1994),
os MWCNTs eram formados através do anelamento (grafitização) do carbono
amorfo na superfície de um nanotubo de carbono de parede simples após sua
constituição, ou seja, o nanotubo de carbono inicial servia como um suporte.
Segundo EBBESEN (1994), nos últimos anos, o mecanismo mais aceito para
formação catalítica de MWCNTs foi à difusão do carbono sobre a superfície e
através do metal. Neste método, os metais preferencialmente estudados, isolados
ou em combinação, foram o cobalto e o ferro, e como fonte de carbono foram
utilizados acetileno, propileno e etileno.
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Apesar do aperfeiçoamento dos métodos de produção de SWCNTs e MWCNTs, foi
imprescindível a realização de uma purificação deste material após o processo de
síntese. A finalidade era eliminar o carbono amorfo e, no caso de MWCNT, separar
os nanotubos do metal e do suporte (HERBST et al., 2004).
Segundo o estudo de SMART et al. (2005), tanto os nanotubos de carbono de
parede simples como os de paredes múltiplas apresentavam as seguintes
vantagens: eram materiais insolúveis, apresentavam uma tensão mecânica, grande
área superficial, resistência, suscetíveis a modificação química e, principalmente,
eram biocompatíveis.
De acordo com LACERDA et al. (2006), os CNTs possuíam interessantes
propriedades físico-químicas, ou seja, apresentavam uma estrutura ordenada de
amplo aspecto, peso ultraleve, alta resistência mecânica, alta condutividade elétrica,
elevada condutividade térmica, comportamento metálico ou semi-metálico e uma
área de superfície elevada. A combinação de todas estas características fez com
que o CNT fosse considerado um material único e com um grande potencial para as
mais diversas aplicações.
No entanto, PRATO et al., 2003 descreveram que a dificuldade inerente de
manusear os nanotubos de carbono foi um forte obstáculo no seu desenvolvimento.
Essencialmente, a dissolução dos CNTs foi necessária para análise química e física
e também para sua utilização. Por outro lado, a capacidade de solubilizar e separar
as moléculas de feixes formados neste nanomaterial ajudou em sua purificação,
permitindo eventualmente uma melhor manipulação e possibilitando novos caminhos
no campo da nanotecnologi a.
Para SUN et al. (2002), as reações de funcionalização com os nanotubos de
carbono foram divididas em duas categorias. A primeira sendo uma fusão direta do
grupo funcional com a superfície do grafite e a utilização de ligações com ácidos
carboxílicos, ou seja, fluoração, hidrogenização, interações com anilina, nitrenos,
carbenos e radicais e, finalmente, a reação de cicloadição 1,3 bipolar, reportada por
PRATO et al. (2002). Na segunda categoria de reações de funcionalização, ocorreu
uma ligação entre ácidos carboxílicos no limite do nanotubo de carbono proveniente
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de defeitos intrínsecos ou induzidos. Cada técnica citada acima foi executada
através de ligações covalentes (funcionalização covalente) ou ligações não-
covalentes (funcionalização não-covalente) (LACERDA et al., 2007).
Estas duas categorias de reações de funcionalização poderiam ter diferentes efeitos
na estrutura e propriedades intr ísecas dos nanotubos de carbono (SUN et al., 2002).
Dentre estas características, a mais almejada foi à solubilidade dos CNTs em
solventes orgânicos e/ou água.
A solubilidade do nanotubo de carbono funcionalizado em um solvente comum/água
permitiu a caracterização de amostras e o estudo das propriedades fundamentais
deste material. Além disso, foi uma oportunidade única para desenvolver materiais
com base nos CNT s e com modificações químicas e bioquímicas (SUN et al., 2002).
Fundamental para aplicações biológicas e biomédicas, a solubilidade dos nanotubos
de carbono foi uma importante descoberta, uma vez que tornou possível a
manipulação e processamento deste material em ambientes fisiológicos. Além disso,
esta característica possibilitou estudos relacionados à toxicidade e compatibilidade
dos nanotubos de carbono (LIN et al., 2004).
4 BIOCOMPATIBILIDADE DOS NANOTUBOS DE CARBONO De acordo com SMART et al. (2006), antes dos nanotubos de carbono serem
incorporados a dispositivos biológicos e biomédicos, a toxicidade e a
biocompatibilidade dos CNTs deveriam ser cuidadosamente i nvestigadas.
A biocompatibilidade poderia ser definida como a capacidade de um material gerar,
em uma situação específica, uma resposta do hospedeiro (SMART et al., 2006).
Outra propriedade que definiu a aplicação dos CNTs foi à biofuncionalidade, ou seja,
a capacidade do material assumir certas funções de um tecido através de uma
adaptação mútua das características deste tecido (CHLOPEK et al., 2006).
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SMART et al. (2006) apontaram três fatores determinantes ao potencial de uma
partícula de causar dano: a) a razão entre a área de superfície e o total da partícula,
isto é, quanto maior a superfície da partícula maior será a área de contato com a
membrana celular e a capacidade para a absorção e transporte de substâncias
tóxicas; b) o tempo de retenção da partícula, ou seja, quanto mais tempo as
partículas permanecerem em contato com a membrana celular maior a chance de
danos. Este fator também incorpora o concei to de mobilidade da par tícula através da
migração para o tecido circundante; e finalmente, c) a reatividade ou toxicidade
inerente da substância química contida dentro da partícula.
Conforme exemplificado nos estudos descritos abaixo, não existe uma confirmação
exata sobre a toxicidade dos nanotubos de carbono. Enquanto alguns estudos
indicaram uma citotoxicidade proveniente dos nanotubos de carbono, outros
demonstraram que este nanomaterial é um excelente substrato para crescimento
celular e não induziu resposta do hospedeiro.
JIA et al. (2005) relataram que quando SWCNTs e MWCNTs são incubados com
macrófagos alveolares foi observado um significante aumento (~35%) na
citotoxicidade após 6 h de exposição. Verificaram que os SWCNTs prejudicaram
significativamente a fagocitose dos macrófagos, enquanto os MWCNTs, em uma
dosagem um pouco mais alta, apresentaram elementos característicos de
degeneração e necrose. Os nanotubos de carbono utilizados neste experimento
possuíam apenas 90% pureza, ou seja, os 10% remanescentes apresentavam na
forma de carbono amorfo e outros resíduos.
Divergindo do estudo acima, CHLOPEK et al. (2006) examinaram a viabilidade de
fibroblastos e osteoblastos em presença de nanotubos de carbono de parede
múltipla (MWCNTs) altamente pur ificado, e também avaliaram o grau de estimulação
das células, considerando a quantidade liberada de colágeno tipo I, IL-6 e radicais
livres de oxigênio. As amostras de CNTs foram comparadas com a polisulfona pura,
o componente mais utilizado nestes casos. Como controle, a polisulfona também foi
combinada com nanotubos de car bono.
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Nos resultados, CHLOPEK et al. (2006) observaram uma pequena diminuição da
viabilidade de todas as células se comparado com o filme de polisulfona pura. Os
autores acreditaram que este resultado foi devido a substância em si e ao estado da
sua superfície, ou seja, o material apresentava uma superfície rugosa. A produção
de colágeno tipo I formado foi um pouco maior na superfície de polisulfona coberta
de nanotubos do que de polisulfona pura. Não foi verificado aumento no nível do
pró-inflamatório IL-6 pela polisulfona ou pela polisulfona coberta de nanotubos. E,
finalmente, as amostras de nanotubos de carbono não ativaram os macrófagos a
liberar radicais livres, os quais poderiam ser tóxicos para a célula.
Este resultado confirmou a boa biocompatibilidade dos nanotubos de carbono, e
evidenciou a importância deste material, principalmente para a área de engenharia
de tecidos, uma vez que a síntese intensiva de colágeno é necessária na
regeneração de ossos e tecidos moles. Assim, este nanomaterial poderia constituir
um excelente substrato para o crescimento de células ( CHLOPEK et al., 2006).
Trabalhando também com macrófagos, FIORITTO et al. (2006) avaliaram a
liberação de óxido nítrico (NO) por macrófagos de cobaias estimulados com
nanotubos de carbono puro (SWCNT), partículas de grafite e fulerenos. Além disso,
analisaram a atividade fagocítica e a viabilidade de macrófagos humanos desafiados
com as mesmas nanopar tículas.
Nos resultados, FIORITTO et al. (2006) verificaram que a liberação de óxido nítrico
pelos macrófagos de ratos foi semelhante tanto nas células estimuladas por
lipopolissacarídeos (LPS) quanto nas células desafiadas com nanotubos de carbono
e fulerenos. A maior interiorização pelos macrófagos humanos foi observada com as
partículas de grafite.
A citotoxicidade, isto é, o número de células que sofreu apoptose ou necrose, foi
baixa e bastante semelhante tanto nas amostras com SWCNTs quanto nas
amostras de fulerenos (aproximadamente 4% a 2% após 48 h respectivamente). Já
as amostras com partículas de grafite apresentaram alta taxa de apoptose (25%
após 48 h. Finalizando os resultados, as modificações morfológicas nos macrófagos
humanos tratados com SWCNTs purificados e fulerenos apresentaram efeito similar,
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com uma parcial mas não completa ativação celular, e com ausência de danos a
superfície celular. Já as partículas de grafite foram capazes de ativar um limite alto
de macrófagos, em um curto período de tempo, e induziu um extensivo dano a
célula com o aparecimento de numerosas células em apoptose e necrose
(FIORITTO et al., 2006).
Estes dados demonstraram que quando os nanotubos de carbono estão altamente
purificados não estimulam a produção de NO por macrófagos de rato. Além disso, o
nível de ativação dos macrófagos humanos foi baixo e não houve indução de
apoptose a estas células (FIORITTO et al., 2006). Este resultado confirmou o estudo
de CHLOPEK et al. (2006), e a importância da purificação dos nanomateriais para
uma aplicação especí fica.
Em outros estudos, pode ser destacado HUCZKO et al. (2001) que mostraram que a
instilação endotraqueal de nanoestruturas de carbono não induziu qualquer
inflamação mensurável no espaço bronquial de cobaias. LAM et al. (2004) relataram
que os nanotubos de parede simples foram capazes de induzir uma inflamação
intersticial dose-dependente em pulmões de cobaias e que eles foram mais tóxicos
do que o quartzo no tecido pulmonar. SHVEDOVA et al. (2003) investigaram os
efeitos adversos de SWCNTs usando uma cultura de queratinócitos epidérmicos de
células humanas imortalizadas. Após 18 h de exposição, observaram a formação de
radicais livres, o acúmulo de produtos peroxidativos, perda da viabilidade celular e
de ultra-estruturas e mudanças morfológicas das células. Nestes últimos
experimentos descritos acima não foi mencionado o grau de pureza dos nanotubos
de carbono.
Apesar de estudos recentes, ainda é pouco os dados existentes relativo a
propriedades biológicas e biocompatibilidade dos nanotubos de carbono. Como nos
trabalhos citados acima, a bicompatibilidade dos CNTs foi parcialmente elucidada e
estas exper iências, contudo, levam a resultados controversos.
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5 APLICAÇÕES DOS NANOTUBOS DE CAR BONO Como já mencionado anteriormente, os nanotubos de carbono possuem
propriedades interessantes como alta resistência mecânica e capilaridade, além de
apresentar grande área superficial e biocompatibilidade sendo, portanto, apontado
como um material promissor para diversas aplicações no futuro.
Segundo HERBST et al. (2004) alguns dos obstácul os para a maioria das aplicações
dos nanotubos de carbono foram o alto custo, a falta de controle sobre o processo
(tipo, comprimento e diâmetro do material formado) e limitações ao processo de
purificação.
A seguir, serão discutidas algumas das aplicações potenciais dos CNTs na área de
Microbiologia.
5.1 Atividade Antimicrobiana O grande interesse científico em entender e reproduzir as interações bacterianas
específicas de adesão tem como objetivo final detectar microrganismos patogênicos
e inibir as infecções (GU et al., 2005).
Um dos estudos visando à interação bacteriana com nanotubos de carbono foi
apresentado por GU et al. (2005). Os estudos foram executados com os nanotubos
de carbono de parede simples (SWCNTs), pois estes ofereciam muitas propriedades
que não estão disponíveis em outras nanopartículas tradicionais, especialmente
tratando-se do potencial biológico.
Nos experimentos, GU et al. (2005) demonstraram que SWCNTs funcionalizados
com derivados de galactose (Gal-SWCNT) serviram como ligante interagindo, assim,
com os receptores da bactéria patogênica Escherichia coli 0157:H7 cultura C7927.
Nos resultados foram notadas interações fortes entre Gal-SWCNTs e as células do
patógeno, com os nanotubos ligados a uma única célula ou entrelaçando células
adjacentes, resultando assim em uma significativa aglutinação celular.
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Os autores acreditaram que esta forte ligação entre bactéria e nanotubo ocorreu
devido à grande superfície deste material, permitindo exibir as matrizes de açúcar,
que são excelentes ligantes polivalentes, em direção a receptores específicos na
superfície celular da bactéria. A natureza semi-flexivel da estrutura do nanotubo
também ajudou a facilitar a ligação dos vários ligantes da galactose com a célula de
E. coli.
Este resultado demonstrou que os SWCNTs serviram como carreador para ligantes
múltiplos de carboidratos e que funcionalizados como Gal-SWCNT foram altamente
eficientes para capturar E. coli, podendo se estender a outros patógenos que
possuem receptores de galactose (GU et al., 2005).
KANG et al. (2007) apresentaram dois estudos sobre a atividade antimicrobiana dos
nanotubos de carbono. No primeiro, a bactéria E. coli foi incubada, por um período
de uma hora, com nanotubos de carbono de parede simples purificados (SWCNTs).
O resultado demonstrou que os SWCNTs, em contato direto com a bactéria,
agregaram-se às células causando danos à membrana celular, que definitivamente
foi o mecanismo responsável pela morte bacteriana. Dados de testes preliminares
utilizando os MWCNTs demonstraram que este material é menos tóxico que o
SWCNT. Segundo KANG et al. (2007), este trabalho foi importante na pesquisa
contra as infecções por microrganismos resistentes a antibióticos e também na
criação de materiais antimicrobianos.
No segundo estudo, KANG et al. (2007) destacaram a interação do SWCNT com
microrganismos e a propriedade antimicrobiana do nanomaterial. No experimento
foram utilizados SWCNTs altamente purificados e E. coli K12. Após a incubação do
patógeno com os nanotubos de carbono por um período de uma hora, verificaram
uma inativação das células de E. coli, comprovando a importância do contato direto
entre microrganismo e nanotubo para uma forte interação. Além disso, confirmaram
que a biotoxicidade é diretamente dependente do período de incubação, ou seja, a
média da porcentagem de perda da viabilidade celular foi de 73.1 ± 5.4%, 79.9 ±
9.8% e 87.6 ± 4.7% em um período de 30, 60 e 120 min, respectivamente. Com
relação às alterações na morfologia do patógeno, observaram que as células
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incubadas com SWCNTs perderam sua integridade, enquanto que células do
controle negativo (células sem SWCNTs) apresentaram a membrana celular intacta.
Mesmo após obter estes resultados, ainda se conhecia muito pouco sobre os
mecanismos de citotoxicidade dos nanotubos de carbono. Um estudo com células
de mamíferos tinha proposto três principais mecanismos de citotoxicidade: a)
estresse oxidativo, b) toxicidade metálica e c) penetração física. De acordo com
KANG et al. (2007), no seu trabalho foi considerada apenas a penetração física
como o principal mecanismo de morte celular, uma vez que o estresse oxidativo e a
toxicidade metálica estavam relacionados com a não purificação dos nanotubos de
carbono, processo que foi realizado pelos autores.
Estes dois estudos apresentaram as primeiras evidências da atividade
antimicrobiana dos nanotubos de carbono e revelaram uma nova e importante linha
de pesquisa na área de nanobiotecnologia e um novo potencial de aplicação para
este nanomateri al.
5.2 Carreador de Drogas e Vacinas No campo de vacinação há um considerável interesse em desenvolver novos
mecanismos efetivos para administrar proteção contra antígenos. Os nanotubos de
carbono estão sendo visados como uma promissora ferramenta para transporte de
vacinas. A sua utilização na área de vacinação pode possibilitar o uso de antígenos
que não tenham induzido respostas imunes adequadas e proporcionar meios
significativos de reforçar estas respostas (PANTAROTTO et al. 2003).
De acordo com PANTAROTTO et al. (2003), no transporte de vacinas um importante
fator a ser considerado é a retenção da conformação do antígeno, pois é um
requisito para a indução da resposta específica do anticorpo.
O desenvolvimento de novas metodologias para modificação química dos CNTs
estimulou vários estudos de preparação de CNTs solúveis que poderiam ser
utilizados em várias aplicações biológicas (BIANCO et al. 2005). As múltiplas
20
atividades após uma modificação orgânica também proporcionaram a ampliação da
aplicabilidade deste material, uma vez que aumentaram os sites de fixação para
drogas, proteínas e peptídeos através de vínculos estáveis covalentes
(PANTAROTTO et al. 2003).
Para BIANCO et al. (2005), uma vez que os CNTs funcionalizados penetram
facilmente dentro das células com toxicidade reduzida, este material pode ser
considerado uma inovação como sistema carreador de drogas e uma interessante
ferramenta na área Biomédica e Biotecnol ógica.
BIANCO et al. (2005) utilizaram CNTs na avaliação da antigenicidade e a
imunogenicidade, isto é, a capacidade de um antígeno ser especificamente
reconhecido por um anticorpo e deste antígeno estabelecer uma resposta imune no
hospedeiro, respectivamente. Neste teste, foi utilizada a correspondente seqüência
141–159 (GSGVRGDFGSLAPRVARQL) da proteína VP1 do vírus da febre aftosa
ligada a um f-CNT. Os resultados foram satisfatórios, uma vez que o f -CNT ligado ao
peptídeo interagiu com os anticorpos. Em contrapartida, no teste realizado com o f-
CNT sem o peptídeo não obser varam nenhuma interação com os anti corpos.
Com o objetivo de verificar a resposta imune do hospedeiro frente ao f-CNT ligado
ao peptídeo, BIANCO et al. (2005) fizeram testes em cobaias e compararam o
resultado da imunização com um antivírus da febre aftosa e o f-CNT ligado ao
peptídeo. Os resultados demonstraram que a ligação do peptídeo com f-CNT ativou
uma baixa resposta imune capaz de neutralizar o vírus. Os autores não observaram
a ativação de nenhum anticorpo específico para o f-CNT. Assim, ficou evidenciada a
necessidade de conjugar o peptídeo ao CNT através de ligações covalentes para
atingir uma maior imunogenicidade. Além disso, os autores concluíram que o f-CNT
pode ser considerado um candidato promissor para carreamento de vacinas
antigênicas baseadas em peptídeos e pr oteínas.
Outro estudo de BIANCO et al. (2005) destacou o grande interesse em encontrar
uma nova forma de funcionalização do CNT para a sua aplicabilidade como
carreador de drogas. Neste trabalho, os autores utilizaram MWCNT funcionalizado
21
com Anfoter icina B e fluoresceína e observaram que o anti biótico ligado ao nanotubo
de carbono foi facilmente internalizado em células de mamíferos sem causar efeitos
tóxicos se comparado com um antibiótico incubado sozinho. Além disso, a
Anfotericina B ligada ao CNT preservou uma alta atividade antifúngica contra uma
ampla gama de patógenos, incluindo Candida albicans, Cryptococcus neoformans e
Candida parapsilosis.
Mesmo não totalmente apurado o uso de f-CNT como carreador de drogas
anticâncer, antibacteriano e antifúngico, a funcionalização química dos CNT oferece
a possibilidade de introduzir mais de uma função no mesmo material, de modo que a
aplicabilidade destas moléculas contra antígenos e como carreador de drogas
podem ser utilizados ao mesmo tempo (BIANCO et al. 2005).
5.3 Carreador Genético O processo de isolamento, manipulação e introdução de genes em um organismo é
à base da Engenharia Genética. Para que eles ocorram adequadamente, é
necessário que os genes estejam contidos em vetores de clonagem apropriados,
que contêm importantes seqüências de regulação que a maquinaria celular é capaz
de “ler”. Alguns exemplos de vetores utilizados atualmente são os plasmídeos, os
vírus e outros sinteticamente produzidos. Como os plasmídeos são seqüências
circulares de DNA extracromossomal e se reproduzem de forma autônoma, eles
tornaram-se ideais para a transmissão de informação e atualmente são os vetores
mais utilizados (TORTORA et al ., 2000 e EÇA, 2004) .
CHAPANA et al. (2005) destacaram uma nova aplicação para os nanotubos de
carbono quando utilizaram este material como vetor físico do processo de
eletroporação. Este processo consistiu na permeabilização da membrana celular
bacteriana através da vibração de campos elétricos que estimularam,
temporariamente, a abertura dos poros e conseqüentemente, a entrada de
moléculas como DNA (Processo de Transformação da bactéria) e drogas
específicas.
22
Em escala nanométrica, como retratado por CHAPANA et al. (2005), as técnicas de
eletroporação são fundamentalmente diferentes das utilizadas atualmente, pois os
eletrodos não são utilizados. Os CNTs com uma carga superficial aniônica e
dispersáveis em água se ligam a superfície da bactéria Gram negativa. Esta
situação ocorreu principalmente devido a uma interação eletrostática entre os CNTs
e a superfície bacteriana igualmente carregada.
No trabalho de CHAPANA et al. (2005), os CNTs foram utilizados tanto como alvo
das células bacterianas quanto como carreador de plasmídeo para o interior celular.
Para este teste foram usados MWCNTs, cultura de E. coli DH5d e plasmídeo
pUC19. Pr imeiramente, a cul tura de E. coli foi inoculada juntamente com uma cultura
de plasmídeos pU C19 (Transformação). Após a homogenei zação, vár ios volumes de
CNTs foram adicionados a suspensão células-plasmídeos e a mistura final de
células-plasmídeos-CNTs foi refrigerada por cinco minutos. Após a refrigeração, a
mistura final foi colocada em um microondas por um período de 8 a 16s.
Nos resultados, CHAPANA et al. (2005) esperaram que os CNTs permanecessem
emaranhados dentro da suspensão bacteriana. Contudo, as células de E. coli
mostraram uma grande afinidade por este material. Além disso, ficou demonstrado
que o plasmídeo foi introduzido com sucesso nas células de E. coli, e que esta
transformação foi facilitada pelos nanotubos de carbono. No processo de
eletroporação, evidenciaram que o CNT criou temporariamente um nanocanal
transmembranoso e simultaneamente serviu como carreador de partículas de ouro,
não induzindo mudanças na mor fologia bacteriana.
Os objetivos da pesquisa foram alcançados, uma vez que uma nova técnica de
transformação bacteriana foi desenvolvida e ficou evidenciado o grande potencial
dos nanotubos de carbono no processo de eletroporação celular em escala
nanométrica (CHAPANA et al., 2005).
Com o objetivo de confirmar o potencial dos nanotubos de carbono como
carreadores de genes, SINGH et al. (2005) caracterizaram a interação deste material
com o DNA plasmidial. Neste estudo, os SWCNTs e MWCNTs foram funcionalizados
com um grupo de amônia (SWNT-NH3+ e MWNT-NH3+) e, ao SWCNT, também se
23
adicionou uma molécula de lisina (SWNT-Lys-NH3+). Na preparação do complexo f-
CNT:DNA, um volume apropriado de cada tipo de f-CNT foi diluído em 200µl de
água deionizada e depois separado em quatro alíquotas de 50µl. Um volume de
5µg/ml de solução de DNA foi adicionado às três alíquotas de f-CNT e a solução foi
homogeneizada. Na quarta alíquota, como controle negativo, a água deionizada foi
adicionada. Os testes de Microscopia Eletrônica de Varredura, Ressonância
Superficial com Plasmon, PicoGreen Corante de Exclusão e Eletroforese em Gel de
Agarose foram realizados para verificação do complexo f-CNT:DNA.
Os resultados encontrados indicaram que os MWNT-NH3+, além de compactar o
DNA de maneira mais rigorosa, também foram capazes de ligar mais
significativamente com o DNA que os SWNT-Lys-NH3+. Esta forte associação foi
devida a grande área superficial do MWNT-NH3+. Com relação ao SWNT-NH3+,
não foi verificada uma ligação eficiente com o DNA. Assim, SINGH et al. (2005)
concluíram que a área superficial, as diferenças de comprimento, a largura e a
densidade, são parâmetros críticos e fundamentais para a determinação da
interação e da formação do complexo eletrostático entre f-CNT e DNA.
SINGH et al. (2005) concluíram que fatores como equilíbrio entre a condensação de
DNA, associação com a superfície dos f-CNTs e a liberação intravascular e
intracelular do DNA, interferem na capacidade dos CNTs de serem utilizados como
carreadores de genes e devem ser considerados em pesqui sas futuras.
5.4 Silenciamento Gênico Nas áreas da Genética Reversa, Genômica Funcional e Terapia Gênica, uma nova
técnica conhecida com RNA de interferência (RNAi) vem sendo empregada como
uma potente ferramenta de biologia molecular. Ela permite a inserção de RNA de
dupla fita (RNAdf) nas células para silenciar genes homólogos de maneira potente e
específica. Por exemplo, o RNAi pode suprimir genes que causam doenças
genéticas ou que ainda não possuem dr ogas efetivas.
24
O transporte de siRNA até as células-alvo é bastante complicado, uma vez que
estas moléculas são instáveis, possuem eficiência de captação baixa e também
apresenta propriedades de biodisponibilidade. Portanto, a descoberta de novos
métodos de transporte mais eficientes é imprescindível para o estudo do real
potencial da siRNA (KAM et al. 2005).
KAM et al. (2005) demonstraram a ligação de várias moléculas biológicas em
SWCNTs funcionalizados com fosfolipídeos cliváveis através de ligações de
dissulfureto. Esta nova funcionalização também foi útil para que os nanotubos de
carbono fossem utilizados para transportar, liberar e realizar uma translocação
nuclear de DNA oligonucleotídeos nas células de mamíferos. Além disso,
comprovaram a alta eficiência de transporte de moléculas curtas de RNA de
interferência (siRNA) pelos SWCNTs e, conseqüentemente, uma maior potencia da
funcionalização do RNAi.
Com o objetivo de também utilizar os nanotubos de carbono como uma ferramenta
para o silenciamento gênico, ZHANG et al. (2006) testaram SWCNTs como
carreador e liberador do complexo siRNA-enzima telomerase (TERT) para silenciar
a expressão do gene da telomerase e inibir a proliferação e crescimento de células
tumorais in vitro e em cobaias.
Primeiramente, com a finalidade de investigar a penetração dos SWCNTs nas
células tumorais, foi necessário funcionalizar o nanotubo utilizando DNA marcado
com fluoresceína. Nos resultados, os pesquisadores verificaram que o SWCNT
penetrou em três linhagens de células tumorais da cobaia (1H8, TC-1 e LLC), não
apresentando toxicidade para as mesmas.
Na segunda análise, os autores examinaram o potencial de aplicação do SWCNT
como carreador de siRNA para o interior da célula e para isso o nanotubo foi
funcionalizado com uma carga positiva -CONH-(CH2)6-NH3+Cl- pois, assim, poderia
ajudar efetivamente a ligação entre a enzima telomerase (TERT) e siRNA e os
SWNTs. Através de uma espectrofotometria a 260nm foi possível verificar que o
SWCNT promoveu a ligação com o siRNA. As células carcinoma do ovário (1H8),
carcinoma cervical (TC-1) e carcinoma pulmonar (LLC), que expressam alto nível de
25
mRNA TERT e proteína TERT, reduziram este nível após a adição do complexo
TERT siRNA- SWNTs+, ou seja, reduziu a atividade da telomerase. Estes dados
confirmaram a concretização bem sucedida dos ativos TERT e siRNA via SWCNT
funcionalizado com carga positiva, para o silenciamento da enzima telomerase.
Finalizando, ZHANG et al. (2006) avaliaram o efeito do complexo TERT siRNA-
SWNTs+ no crescimento das células tumorais e nos níveis da telomerase. As
células foram colocadas em poços (0,5 x 105 / poço) e após uma incubação de
aproximadamente doze horas foram tratadas com 2nmol/L do complexo TERT
siRNA-SWNTs+. Após seis dias de incubação, comprovou-se que o complexo
realmente suprimiu o crescimento das células tumorais 1H8, TC-1 e LLC e também
reduziu o numero de células. Além disso, após 48 h as células tratadas com o
complexo TERT siRNA-SWNTs+ apresentaram quase uma total inibição da
proliferação. Através do microscópio de contraste de fase eles verificaram que as
células tumorais apresentavam características morfológicas distintas associadas à
senescência, incluindo a detenção do crescimento, o alargamento e um citoplasma
vasculado.
Estes estudos demonstram as diversas aplicações em que se podem utilizar os
nanotubos de carbono como transportadores moleculares, incluindo a terapia gênica
e protéica para a prevenção de doen ças, principalmente o câncer .
6 PERSPECTIVAS E APLICAÇÕES FUTURAS DOS NANOTUBOS DE
CARBONO Nas indústrias farmacêuticas e médicas, e principalmente, nas alimentícias é
crescente a preocupação pelas infecções de produtos causadas por microrganismos
patogênicos. A falta de controle, monitoramento e pessoal treinado trazem perdas
consideráveis para este setor. Devido a este problema, vários estudos estão sendo
executados com o objetivo de encontrar um novo método ou material que pode ser
utilizado para detec ção rápida ou em tempo real de patógenos.
26
6.1 Biosensores A maioria dos testes nesta área está sendo realizada com nanotubos de carbono,
pois é esperado que com suas inúmeras propriedades, este material possa servir
como um ótimo biosensor. Dentre os trabalhos, destaca HUANG et al. (2004) que
testaram os nanotubos de carbono como possíveis mobilizadores de anticorpos para
detecção de bactéri as.
As bactérias utilizadas no experimento de HUANG et al. (2004) foram Salmonella
typhimurium e Staphylococcus aureus e as concentrações de suas populações
foram ajustadas para 108 cfu/ml. Os anticorpos policlonais anti-Salmonella e anti-S.
aureus de imunoglobulina de coelho (IgGs) foram produzidos e purificados conforme
protocolo específico. Embora não tenha sido especificado no trabalho o tipo do
nanotubo de carbono utilizado, a funcionalização do material determinou
características hidrofóbicas ou hidrofílicas. Assim, o teste de imobilização dos
anticorpos utilizou tanto os CNTs hidrofóbicos quanto os hidrofílicos para cobrir as
imunoglobulinas (IgGs) por um período de duas horas. Após a lavagem da
suspensão anticorpo-CNTs com tampão, as culturas de S. typhimurium e S. aureus
foram adicionadas a mesma por uma hora.
Os resultados confirmaram que os anticorpos anti-Salmonella e anti-S. aureus foram
imobilizados tanto na superfície hidrofóbica quanto na hidrofílica dos nanotubos de
carbono, apresentado nesta última uma melhor eficácia. Evidenciaram também a
ligação das bactérias com seus respectivos anticorpos nos dois tipos de CNTs, mas
esta ligação foi mais eficiente na superfície hidrofílica dos que na hidrofóbica do
nanomaterial (HUANG et al.,2004).
HERBST et al. (2004) também testaram à imobilização da enzima β-lactamase
extraída de Bacillus cereus. As amostras foram analisadas por microscópico
eletrônico de transmissão (TEM) e apontaram para a imobilização das proteínas no
interior dos CNTs, na forma de monômeros, dímeros e oligômeros. Como esperado,
ocorreu uma seleção por tamanho no encapsul amento das proteínas.
27
As tecnologias de ponta dos nanotubos de carbono precisam ser extensivamente
investigadas para que este material possa ser um candidato em potencial para o
desenvolvimento da próxima geração de biosensores (HERBST et al., 2004).
6.2 Engenharia de Tecidos ou Crescimento Celular A área da engenharia de tecidos também vem explorando as aplicabilidades dos
nanotubos de car bono, pois estes, ao contrário dos pol ímeros sintéticos, apresentam
características como resistência mecânica e fácil funcionalização. Em contrapartida,
este material tem um inconveniente que deve ser considerado no momento do uso:
não é biodegradável.
Dentre os inúmeros trabalhos nesta área, realça o interesse de pesquisadores na
capacidade deste material constituir uma matriz ou suporte para crescimento celular.
Segundo ci tado por BERGMANN ( 2008):
Essa tecnologia tem como princípio o fato de que células humanas crescidas em
superfícies planas não produzem um painel normal de proteínas, enquanto que
células crescidas em estruturas tri-dimensionais, como no seu tecido original, têm
uma bioquímica mais próxima da real.
Segundo HARRISON et al. (2004), testes in vitro demonstraram que diferentes tipos
de células apresentaram crescimento satisfatório em nanotubos de carbono. Alguns
exemplos citados são as células musculares lisas que apresentaram ótimo
crescimento em suporte formado de SWCNT e colágeno, e os fibroblastos L929 de
cobaias que foram cultivados com sucesso em suporte de nanotubos de carbono.
Além disso, novos estudos estão sendo realizados com MWCNTs no intuito de
mimetizar fibras neurais para o crescimento neuronal.
Estas pesquisas servem como base para o desenvolvimento de novas pesquisas e
métodos para aplicação dos nanotubos de carbono. Além disso, elas ressaltam a
importância atual e futura deste material, não somente como biosensores ou suporte
para crescimento celular, mas como um promissor material para outras inúmeras
aplicações.
28
6.3 Transfecção Gênica Na área de Terapia Gênica também podemos ressaltar estudos sobre transfecção
gênica. Este processo consiste na introdução de uma molécula de DNA estranha em
uma célula eucariótica, normalmente seguida pela expressão de um ou mais genes
presentes no DNA recém introduzido. Ainda são poucos os trabalhos publicados
referentes a este assunto, principalmente utilizando nanotubos de carbono, mas,
definitivamente, esta linha de pesquisa promete resultados promissores,
especialmente para controle de doenças gênicas.
O trabalho mais recente publi cado descreveu a utilização de nanof ios de ouro para a
transfecção em células de mamíferos. KUO et al. (2008) observaram que a
transfecção utilizando este material foi muito eficiente e não houve citotoxidade
aparente nas células de fibroblastos (NIH 3T3) e HeLa S3 pelo ouro nas condições
específicas do estudo. O complexo nanofios de ouro:DNA foi internalizado em
ambas as células.
O conhecimento sobre o desempenho dos nanotubos de carbono como material
para o processo de transfecção gênica ainda é muito incipiente, mas, pela
importância do tema para a saúde humana, espera-se que nos próximos anos sejam
publicados vários artigos sobre este tema, principalmente devido ao CNT ser
bastante utilizado como carreador gênico e no processo de silenciamento gênico.
7 POTENCIAIS RISCOS DOS N ANOTUBOS DE CARBONO
Desde que os estudos com nanotubos de carbono foram iniciados, vários foram os
trabalhos de pesquisa que publicaram os riscos de fabricação e manipulação deste
material. Conforme destacado por SMART et al. (2006), existem três fatores que
determinam geralmente o potencial de uma partícula de diâmetro convencional de
causar danos: a área de superfície da partícula, o tempo de retenção da partícula e
a reatividade ou a toxicidade inerente dos químicos contidos na partícula. Ainda não
está claro a forma como a estabi lidade química da CNT terá um impacto sobre a sua
biopersistência.
29
SMART et al. (2006) descreveram um detalhado estudo sobre toxicidade pulmonar,
irritação da pele e citotoxicidade dos CNTs.
7.1 Toxicidade Pulmonar No primeiro estudo relacionado a danos pulmonares, verificaram que cinco amostras
de MWCNT produzidas através de métodos diferentes foram instiladas
intratraquealmente em cobaias e após noventa dias encontraram evidencia
significativa de toxicidade pulmonar, ou seja, infiltração de macrófagos alveolares,
anormal resistência pulmonar e múltiplas lesões no pulmão exposto ao CNT .
7.2 Irritação da Pele Na avaliação do potencial do CNT de induzir irritação na pele, SMART et al. (2006)
efetuaram dois testes dermatológicos de rotina. No primeiro teste, quarenta
voluntários susceptíveis a alergias foram expostos a um filtro de papel saturado com
suspensão de água e CNT não refinado por 96 h. No segundo teste, coelhos albinos
foram submetidos ao mesmo filtro de papel saturado com suspensã o de água e CNT
não refinado por 72 h. Ambos os testes não demonstraram nenhuma irritação
relacionada ao CNT.
7.3 Citotoxicidade dos CNTs O primeiro teste relacionado à citotoxicidade dos CNTs foi demonstrado por
SHEDOVA et al. (2003) que investigaram os efeitos de SWCNTs não refinados nos
queratinócitos imortalizados na epiderme humana. Os resultados demonstraram um
acelerado estresse oxidativo, perda da viabilidade celular e alterações morfológicas
e estruturais da célula.
Outro estudo foi feito por TAMURA et al. (2004) que verificaram o efeito citotoxico
de um CNT purificado em neutrófilos isolados de sangue humano. Este material
aumentou significativamente a superoxidação de ânions e a perda da viabilidade
celular. Nesta última publicação, não foi detalhada informações pertinentes como a
30
estrutura do CNT, o método utilizado para síntese e manipulação o que,
conseqüentemente, reduziu o significado da mesma.
SMART et al. (2006) concluíram que apesar da importância de determinar a
toxicidade in vivo dos CNT, ainda são relativamente poucos os estudos publicados
sobre este tema. Os dados apresentados na revisão indicaram que o CNT, não
refinado, possuiu algum grau de toxicidade, predominantemente devido à presença
de metais de transição catalisadores. Enquanto a publicação de novos estudos
abrangendo este assunto é aguardada, é fundamental a introdução de medidas de
segurança adequadas para a manipulação do CNT. De imediato conclui-se que, em
relação às irritações na pele causadas pelo contato com CNTs, não são necessárias
precauções especi ais.
8 CONCLUSÃO
As informações e as discussões sintetizadas neste trabalho procuram mostrar as
perspectivas e o entusiasmo da comunidade científica, e daqueles que pesquisam a
fronteira do conhecimento na biotecnologia, com a nanotecnologia e com os
nanotubos de car bono, em especial.
Devido às suas inúmeras e diversificadas possibilidades de aplicação e a sua
capacidade de desenvol vimento de novos ma teriais, os CNTs se constituem em uma
das mais brilhantes promessas da nanotecnologia.
É imprescindível, contudo, que mais estudos sejam realizados com o objetivo de
confirmar, otimizar e padronizar funções específicas deste material e desta
promissora tecnologia. Desenvolver e consolidar uma tecnologia sustentável,
confiável e com qualidade para a fabricação de nanotubos de carbono em larga
escala e baixo custo é, assim, o grande desafio da comunidade científ ica.
Portanto, com muito entusiasmo e esperança começamos a verificar que sua
utilização não se limita apenas a experimentos científicos e, promissoramente,
começa a se expandir para as mais diversas áreas da pesquisa, da inovação e da
31
indústria, notadamente as da biotecnologia e saúde humana, prometendo para um
futuro próximo se tornar um produto em vár ias partes do mundo.
32
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