Como um foguetão lunar em miniatura: Investigadores desenvolvem nanorrobô modular
O nanorobô acopla-se especificamente às células cancerígenas e produz a substância ativa no local: também são possíveis aplicações na indústria e na tecnologia ambiental
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Uma equipa da Universidade de Basileia desenvolveu um nanorrobô versátil com módulos de propulsão e de carga útil. Os dois módulos reutilizáveis montam-se autonomamente e podem ser utilizados na medicina ou na indústria.
Os nanorrobôs parecem saídos da ficção científica: máquinas minúsculas para a medicina, o ambiente ou a indústria. Na verdade, a nanorobótica tornou-se uma área de investigação em rápido crescimento. É considerada uma abordagem promissora, por exemplo, para administrar substâncias ativas em locais específicos do corpo. Ao contrário dos seus equivalentes de maior dimensão, não são constituídos por componentes eletrónicos, chips de computador e software, mas sim por biomoléculas e nanopartículas.
Investigadores liderados pela Prof.ª Dr.ª Cornelia Palivan, da Universidade de Basileia, apresentam agora um nanorrobô modular sofisticado com maior flexibilidade funcional do que muitos sistemas existentes. «Os nanorrobôs anteriores são frequentemente concebidos apenas para uma tarefa específica», afirma Cornelia Palivan. «O nosso sistema modular, por outro lado, pode ser adaptado a diferentes aplicações.» A tecnologia poderá ser utilizada não só na medicina, mas também na indústria e na tecnologia ambiental.
Módulo de propulsão e cápsula de carga útil
O nanorrobô, que a equipa descreve na revista «Advanced Functional Materials», assemelha-se a um foguetão lunar com vários módulos. Um módulo de propulsão magnética move o nanorrobô, enquanto um segundo módulo funciona como cápsula de carga útil, transportando com segurança agentes terapêuticos ou enzimas até ao seu local de destino.
Em trabalhos anteriores, a equipa de Palivan desenvolveu vesículas poliméricas à escala nanométrica que protegem as enzimas encapsuladas. As moléculas podem entrar na vesícula através de poros, ser processadas pelas enzimas e, em seguida, os seus produtos são libertados no ambiente. A cápsula de carga útil do nanorrobô contém quatro dessas vesículas poliméricas carregadas com enzimas, proporcionando a funcionalidade desejada. Dependendo do design, as vesículas no interior da cápsula de carga útil também podem ser abertas seletivamente, por exemplo, para libertar compostos bioativos.
Um sistema de «Velcro» molecular baseado em ADN
Os dois módulos estão ligados por um «fecho de velcro» baseado em ADN: cadeias de ADN complementares em ambos os módulos garantem que o módulo de propulsão e a cápsula de carga se auto-montem de forma programável e permaneçam acoplados de forma estável.
Para permitir que o nanorrobô acople a células ou materiais específicos, a cápsula de carga útil está também equipada com biomoléculas adicionais que facilitam o acoplamento. Em laboratório, a equipa testou isto utilizando uma linha celular cancerígena humana conhecida como células HeLa. Carregaram os nanorrobôs com moléculas fluorescentes e observaram ao microscópio que estas se acumulavam na superfície das células.
Ataque direcionado às células cancerígenas e outras aplicações
Equipados com as enzimas necessárias, os nanorrobôs produziram com sucesso um fármaco anticancerígeno que reduziu a viabilidade das células HeLa para 16 por cento no prazo de 72 horas. «O fármaco pode ter um efeito local concentrado se utilizarmos o nosso nanorrobô para o direcionar especificamente para as células cancerosas», explica a Dra. Voichita Mihali, primeira autora do estudo.
Para outras aplicações fora do domínio médico, por exemplo, a catálise, outra característica poderá revelar-se particularmente valiosa: uma vez que o módulo de propulsão é magnético, os nanorrobôs podem ser recuperados e reutilizados após a conclusão da sua tarefa. Os investigadores também conseguiram separar os dois módulos, reabastecer as cápsulas de carga útil e recombinar as mesmas com os módulos de propulsão.
O nanorrobô modular representa um passo importante no sentido de uma ferramenta multifuncional para uma vasta gama de aplicações. Embora a sua utilização em seres humanos continue a ser um objetivo a longo prazo, o sistema pode ser facilmente adaptado a outros domínios, bastando para isso modificar a cápsula de carga útil.
O trabalho foi realizado no âmbito do Centro Nacional de Competência em Investigação – Engenharia de Sistemas Moleculares e do Instituto Suíço de Nanociência. A equipa da Universidade de Basileia colaborou com investigadores da Universidade de Heidelberg.
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