Aba

segunda-feira, 23 de outubro de 2017

A nanobiotecnologia e os dispositivos híbridos para transporte de moléculas

Por:
João Paulo Marcondes 
jpcastromarcondes@gmail.com
A nanobiotecnologia é uma ciência que se inspira em processos e estruturas biológicas para criar dispositivos híbridos, que combinam materiais biológicos e processados pelo homem. Estes dispositivos são bem pequenos (~1,5 cm x 1,0 cm) e dentro dos mesmos estão fixadas moléculas (proteínas, DNA, etc) ou até mesmo células. Assim, os processos que ocorrem dentro destes dispositivos envolvem a interação de moléculas, ou seja, estruturas com tamanho da ordem de nanômetros (1 cm = 1x107 nanômetros; veja figura abaixo).

Esquema demostrando o tamanho de diversos organismos, moléculas e átomos.

A nanobiotecnologia tem grande impacto na pesquisa científica e na área médica, permitindo, por exemplo, o desenvolvimento de biosensores com capacidade de detecção, separação e transporte de diversos tipos de moléculas, e que podem ser utilizados para o desenvolvimento de novos métodos para o diagnóstico e tratamento de doenças. Um exemplo bem interessante de sua aplicabilidade é na Engenharia de Tecidos, por meio da criação de nanoestruturas porosas revestidas por células e que podem ser, futuramente, utilizadas para a criação e substituição de órgãos.

Recentemente, pesquisadores das Universidades de Quioto (Japão), Massachussets (EUA) e Wisconsin–La Crosse (EUA) conseguiram aprimorar de maneira considerável um nanodispositivo de transporte autônomo de moléculas que é baseado no sistema de transporte de proteínas dentro da célula.

Como exemplo, podemos citar o transporte de neurotransmissores dentro de um neurônio, que ocorre por meio de vesículas que estão ligadas a proteínas motoras chamadas de cinesinas. As cinesinas geram uma força mecânica por meio da hidrólise do ATP, e se movem ligadas aos microtúbulos carregando as vesículas com os neurotransmissores (veja no GIF e na figura abaixo abaixo).

Transporte de vesículas contendo neurotransmissores pela proteína motora cinesina em associação com os microtúbulos.



Proteína motora cinesina, “caminhando” no microtúbulo.
O maior problema com os dispositivos anteriores é que não se tinha um controle da direção de movimento durante o transporte de tais moléculas.

Para resolver essa limitação, os pesquisadores utilizaram um nanodispositivo em que a cinesina (proteína motora) fica fixada em uma superfície de vidro com as extremidades de ligação aos microtúbulos voltadas para cima, além de estarem imersas em um microfluído. Assim, são os microtubulos que deslizam sobre as cinesinas, ao contrário do que ocorre nas células.

Com esta combinação, os cientistas conseguiram manipular de maneira controlada e autônoma a direção de movimento desses microtúbulos. Cada microtúbulo migra de uma determinada forma, de acordo com sua densidade (rígidos ou maleáveis) e carga elétrica. Além disso, estes podem estar associados a moléculas como o DNA, para dar especificidade quanto à molécula a ser transportada (veja nas figuras abaixo).

Esquema mostrando a cinesina (proteína motora) ligada a microtúbulos que se movem para regiões distintas da placa de vidro (nanodispositivo), sendo posteriormente coletados e separados em diferentes microtubos. 
Nanodispositivo mostrando as áreas de separação das moléculas, alinhamento dos microtúbulos e área de pouso (A) seguido de imagens sequenciais dos microtúbulos imobilizados na área de pouco após percorrerem diferentes trajetórias (B)

Portanto, o controle da direção de migração dos microtúbulos, sua capacidade de transporte de moléculas específicas, além da possibilidade de integrar no mesmo microfluído diferentes funções (transporte, separação e detecção de moléculas específicas) fazem com esta tecnologia possa ser utilizados como nanorobôs com aplicações amplas na nanobiotecnologia. Dentre as diversas aplicabilidades, podemos citar a criação de nanodispositivos que liberam drogas automaticamente para o tratamento de doenças e de biosensores inteligentes que detectam partículas específicas em determinada amostra biológica para o diagnóstico de doenças, dentre outras.

Sobre o autor: Biólogo, pesquisador e apaixonado por animais abandonados.


Ficou curioso? Acesse os links baixo:

Em português: 
https://www.institutoergon.com.br/download/as-metas-das-nanotecnologias-aplicacoes-implicacoes-151021035435.pdf
http://www.mctic.gov.br/mctic/opencms/tecnologia/tecnologias_convergentes/paginas/nanotecnologia/NANOTECNOLOGIA.html
https://super.abril.com.br/ciencia/fabrica-de-orgaos/

Em inglês:
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2010/LC/c005241h#!divAbstract
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3056885/
http://www.nature.com/nnano/journal/v4/n3/abs/nnano.2008.393.html

Imagens originais retiradas e adapatadas de:
Histology and cell biology, St Louis, 2002, Mosby
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13188271
Isozaki et al., Sci. Robot. 2, eaan4882 (2017).

Compartilhar:
←  Anterior Proxima  → Inicio

0 comentários:

Postar um comentário

Seja um colaborador!

Postagens populares

Total de visualizações

Seguidores

Tecnologia do Blogger.