Dimensões do olfato

Estruturas dentro do núcleo explicam funcionamento genético dos neurônios especializados em detectar odores

Projeções de neurônios detectam odores no fundo do nariz

© STEVE GSCHMEISSNER /SCIENCE PHOTO LIBRARY

Exuberantes tons de frutas e flores, especialmente violetas; caráter vegetal e levemente apimentado com aroma de bosque; levemente frutado, com notas minerais terrosas, associadas a nuances aromáticas de couro e chocolate. Algumas descrições especializadas de vinhos parecem um exercício mirabolante de imaginação, mas são também testemunho de um faro apurado. E a maneira como o olfato consegue detectar essas sutilezas não fica atrás em extravagância. A organização tridimensional do material genético parece ser responsável pela capacidade singular de cada neurônio olfatório de produzir apenas um tipo de receptor para moléculas odorantes, segundo estudo recente da bioquímica Bettina Malnic, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP). “O DNA genômico não está espalhado ao acaso dentro da célula como uma porção de espaguete em um prato de sopa”, compara a pesquisadora. Assim como outros estudos feitos nas últimas décadas, a novidade deixa claro que o funcionamento do olfato é ainda mais complexo do que as descrições dos sommeliers, e para entendê-lo também é necessário pensar fora da norma.

Os neurônios olfatórios têm uma particularidade em relação às outras células do corpo, que têm na superfície uma grande diversidade de receptores capazes de reconhecer moléculas em seu entorno. Entre os mil genes, aproximadamente, que em camundongos abrigam o código para receptores de odorantes (são cerca de 400 nos seres humanos), apenas um está ativo num determinado neurônio. E mais do que isso: apenas uma das duas cópias do gene, ou alelos, está ativa. Essa especialização é essencial para o mapeamento dos cheiros no cérebro – todos os neurônios que têm sua superfície salpicada por um determinado tipo de receptor mandam projeções para uma mesma região do cérebro, que reconhecerá o aroma correspondente. Por essa razão, o buquê complexo de uma taça de vinho ativa uma série de receptores diferentes que, por sua vez, atingem diversas áreas especializadas no cérebro. Esse mapeamento do olfato em termos de receptores e de como a recepção se organiza no cérebro rendeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina aos norte-americanos Linda Buck e Richard Axel em 2004, e vem ocupando Bettina ao longo de sua carreira.

Há alguns anos, ela descobriu que as moléculas odorantes se encaixam em mais de um receptor, embora estes sejam muito específicos (ver Pesquisa FAPESP nº 155). São moléculas com várias pontas, cada uma delas com um encaixe diferente. Por se conectarem a mais de um neurônio, cada molécula de cheiro é capaz de ativar mais de uma área no cérebro. Esse código complexo é o que permite que se detecte um amplo repertório aromático, por meio da combinação da ação de vários receptores.

Para os seres humanos, que não são reconhecidos por seu faro apurado, acreditava-se que esse repertório fosse da ordem de 10 mil odores. Recentemente, porém, um estudo de pesquisadores da Universidade Rockefeller, nos Estados Unidos, aumentou em muito essa estimativa. Os pesquisadores norte-americanos fizeram uma série de misturas com 10, 20 ou 30 componentes a partir de um repertório de 128 moléculas odorantes, e testaram a capacidade de voluntários de nariz bem treinado distinguirem entre elas, segundo artigo publicado em março na Science. A partir desses resultados, uma série de cálculos levou à cifra de 1 trilhão de estímulos olfativos. Bettina não acredita que esse número deva ser tomado de forma muito literal, mas é importante por ser várias ordens de grandeza superior à estimativa anterior. “Contraria a noção de que o olfato não é importante para seres humanos”, reflete a brasileira.

O que até agora não se conhecia era o mecanismo de silenciamento dos genes que ficam inativos em cada um dos neurônios que lançam projeções para a superfície do epitélio no fundo do nariz. “Procuramos entender como o neurônio olfatório realiza a façanha de só ter a expressão de uma das duas cópias de um único gene, dessa maneira tão eficiente.” Para entender a regulação dos genes responsáveis pela construção dos receptores para moléculas de odor, Bettina analisa o núcleo dos neurônios como uma estrutura em que o material genético tem uma organização espacial precisa. “O núcleo não é uma sopa com todas as coisas jogadas ali, ele tem compartimentos, como se em cada sala uma função diferente fosse desempenhada”, explica.

No epitélio nasal de camundongo transgênico,
neurônios em que o gene P2 está ativo aparecem
em verde fluorescente

© BETTINA MALNIC / USP

Arquitetura
Em células de camundongos, o grupo da USP usou uma técnica conhecida como imuno-DNA Fish tridimensional, que permite localizar dentro do núcleo os genes de receptores olfativos. “É como se dividíssemos o núcleo em fatias, que podemos juntar e obter uma imagem tridimensional”, explica Bettina. O trabalho, publicado em fevereiro deste ano na PNAS, foi feito em grande parte pela bióloga Lucia Armelin-Correa, durante o pós-doutorado no laboratório de Bettina. Ela usou um microscópio de alta resolução para visualizar as estruturas do núcleo dos neurônios. O que viu foi uma organização inesperada de regiões em que o DNA é enovelado de maneira mais compacta – a heterocromatina –, em que o funcionamento dos genes é inibido, e de áreas ativas – a eucromatina –, em que o material genético tem fisicamente mais espaço para suas reações bioquímicas. Lucia, Bettina e outros integrantes do laboratório detectaram uma particularidade nos neurônios olfatórios: a heterocromatina está condensada numa esfera junto ao centro do núcleo, e não em vários pontos menores e periféricos, como em outros tipos de células.

O resultado é compatível com o que foi observado pelo grupo do grego Stavros Lomvardas, da Universidade da Califórnia em São Francisco (UCSF), em artigo publicado no final de 2012 na Cell. Segundo o grupo norte-americano, que Bettina considera um bom competidor, essa paisagem tridimensional em que genes e sequências de regulação estão ora escondidos, ora expostos de acordo com o tipo de célula pode ser essencial para determinar as características específicas de cada tecido.

Com uma sonda fluorescente que reconhece todos os genes que codificam os receptores olfatórios, a equipe de Lomvardas mostrou de maneira global que esses conjuntos moleculares estão agregados no compartimento que reprime a atividade, a heterocromatina. O grupo de Bettina fez uma análise mais detalhada e investigou a qual estrutura nuclear estão associadas quatro regiões do DNA com genes para receptores olfatórios, localizadas em três cromossomos diferentes. “Para todos os quatro genes, vimos que em grande parte dos núcleos havia um alelo junto à heterocromatina e outro não”, conta Bettina. Como controle, os pesquisadores monitoraram também o gene de uma proteína olfatória que está sempre ativo: este estava associado à heterocromatina apenas em 20% dos núcleos examinados. A bioquímica da USP ainda fala com cautela, mas acredita que os resultados podem explicar a inativação sistemática de um dos alelos dos genes para receptores de odores.

Um resultado intrigante foi que cerca de 45% das marcas fluorescentes para um dos genes estavam associadas à heterocromatina, e apenas outros 17% à eucromatina, onde deveriam estar os alelos ativos. Era uma indicação de que uma parte deles deveria estar associada a alguma outra estrutura.

© INFOGRÁFICO: ANA PAULA CAMPOS / ILUSTRAÇÃO: PRISCILA MENEGASSO

Investigando mais a fundo, a equipe de Bettina viu que é necessário analisar dois tipos de heterocromatina para localizar as duas cópias de cada gene. A heterocromatina constitutiva, concentrada no miolo do núcleo, abriga pelo menos um dos alelos em grande parte das células. O outro costuma estar localizado junto à heterocromatina facultativa, que nos neurônios do olfato também se concentra numa área central do núcleo, formando como que um chapéu em torno da constitutiva. Conforme o gene estudado, em 60% ou 73% dos núcleos examinados pelo menos um dos alelos estava associado à heterocromatina facultativa. Como o nome indica, essa estrutura pode se descondensar e alterar suas propriedades, de maneira que os alelos localizados nela teriam a possibilidade de ser liberados para a ação. “O mecanismo dessa repressão mais plástica ainda é pouco estudado”, explica Bettina, que acredita que os dois tipos de heterocromatina trabalhem em conjunto para regular a expressão gênica de receptores de odores. “O padrão de distribuição dos dois tipos de heterocromatina indica que algo importante está acontecendo ali.”

 

Até agora, o trabalho respondeu a algumas perguntas e gerou muitas outras, com a possibilidade de ampliar o olhar para o genoma inteiro. Por enquanto, o estudo mostrou que a organização das heterocromatinas e da eucromatina pode ser diferente para cada tipo de célula, com um impacto importante na atividade genética. “As vizinhanças entre genes podem variar conforme o tecido”, diz Bettina. Com ajuda dessas estruturas nucleares, o DNA pode se enovelar de maneira que genes que ficam muito distantes, quando se considera o fio esticado, acabem por estar juntos e possam funcionar em conjunto e influenciar um ao outro por meio das moléculas que produzem.

“O olfato é um modelo”, alerta a bioquímica. Para ela, os neurônios olfatórios são convenientes para esse tipo de estudo devido ao seu sistema de inativação dos genes. O que eles revelarem pode, ela espera, ajudar a entender a regulação do material genético nos outros tipos de células.

Projetos
1. Os mecanismos moleculares do olfato (nº 2011/51604-8); Modalidade Projeto Temático; Pesquisadora responsável Bettina Malnic (IQ-USP); Investimento R$ 809.219,21 (FAPESP).
2. Regulação da expressão de genes de receptores olfatórios: estudo da arquitetura nuclear de neurônios olfatórios e do posicionamento relativo de alelos ativos e inativos (nº 2007/57734-5); Modalidade Bolsa no país – Regular – Pós-doutorado; Pesquisadora responsável Bettina Malnic (IQ-USP); Bolsista Lucia Maria Armelin-Correa; Investimento R$ 222.662,28 (FAPESP).

Artigo científico
ARMELIN-CORREA, L.M. et al. Nuclear compartmentalization of odorant receptor genes. PNAS. v. 111, n. 7, p. 2782-87. 18 fev. 2014. 

Fonte:  Revista Fapesp on line - edição 220

Por: Maria Guimarães

Segredos do azul do mar: Pouco conhecidos, ambientes costeiros e marinhos abrigam grande biodiversidade e têm potencial para gerar novas moléculas

© VINICIUS PADULA

Molusco Tambja stegosauriformis: substâncias isoladas com potencial para desenvolvimento de fármacos

Do litoral de cabo Orange, no estado do Amapá, ao singelo curso d’água de Arroio Chuí, extremo sul do Rio Grande do Sul, incluindo os arquipélagos de Fernando de Noronha e de São Pedro e São Paulo e as ilhas de Trindade e Martim Vaz, a costa brasileira é famosa pela beleza e diversidade de suas paisagens, compostas por praias, costões rochosos, dunas e falésias, entre outros ambientes. Já a parte menos conhecida do litoral nacional é aquela que se encontra submersa e parcialmente oculta pela linha do mar, num mundo abaixo da superfície, constituído por ecossistemas extremamente ricos e complexos. “Dos 2,2 milhões de espécies marinhas conhecidos no mundo, apenas 9% foram descritas. Significa que desconhecemos mais de 90% da biodiversidade de nossos ambientes costeiros”, destacou a bióloga Mariana Cabral de Oliveira, do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP), em sua palestra durante o penúltimo encontro do Ciclo de Conferências Biota-FAPESP Educação, no dia 24 de outubro, em São Paulo.

Ao mesmo tempo, ressaltou a pesquisadora, as altas taxas de extinção, induzidas pelas atividades humanas, como a sobrepesca, poluição, urbanização e transferência de organismos que podem se tornar invasores, têm contribuído para que o trabalho de identificação das espécies marinhas se torne ainda mais complicado. Para se ter uma ideia, estudos estimam que a atual comunidade científica internacional precisaria de aproximadamente 360 anos e US$ 263 milhões apenas para identificar esses animais. “Estamos diante de um enorme desafio”, alertou Mariana. “Grande parte da biodiversidade marinha permanece desconhecida, enquanto a degradação e a exploração excessiva dos recursos naturais fornecidos por esses ambientes são cada vez maiores. Paralelamente, não dispomos de recursos, humanos e financeiros, suficientes para estudar por completo essa variedade de organismos.”

© LÉO RAMOS

Da esquerda para a direita: Mariana Cabral de Oliveira, Roberto Berlinck e Maria Gasalla

Para a bióloga, uma abordagem que facilitaria esse processo seria a do DNA Barcoding, ou Código de Barras de DNA (ver Pesquisa FAPESP nº 167). A ideia é simples: gerar uma etiqueta molecular a partir de uma pequena sequência de DNA para cada espécie, de modo a ser possível identificá-la. “Esse seria um sistema prático e uniforme para a identificação de espécies em escala global”, disse. Para isso, também seria necessário um banco de dados bem estruturado.

Esse banco já existe: é o The Barcode of Life Data Systems. “À medida que ele é alimentado com informações coletadas, como fotografias, informações taxonômicas etc., novas etiquetas são criadas, sendo possível compará-las com outras sequências”, explicou. De acordo com Mariana, esse sistema pode ser usado mesmo quando as técnicas taxonômicas tradicionais não são viáveis. “Para identificarem uma espécie, os taxonomistas geralmente precisam do organismo inteiro. Com o DNA barcoding, é possível trabalhar com fragmentos desses organismos, desde que se possa extrair seu material genético.” Projetos desenvolvidos no âmbito do Biota-FAPESP já utilizam essa abordagem. Um deles, realizado numa parceria entre o Instituto de Biociências da USP, o Instituto de Botânica e a Universidade Estadual Paulista de São José do Rio Preto, tem estudado a diversidade, morfologia e distribuição geográfica de macroalgas vermelhas do estado de São Paulo.

© ANA PAULA CAMPOS

 

Muitas das espécies marinhas são, inclusive, de grande importância socioambiental. É o caso das algas: “Até 50% do oxigênio disponível no planeta é produzido por elas”, afirmou Mariana. Já as microalgas do plâncton são essenciais nos ciclos geoquímicos globais, enquanto as macroalgas, multicelulares, podem ser fonte de alimento para uma ampla variedade de organismos marinhos, e também para o ser humano. Segundo estudo publicado, em 2012, na revista PLoS One, o Brasil tem os maiores e mais contínuos bancos de algas calcárias do mundo, uma das responsáveis pela formação dos recifes naturais. Sua área equivale à da Grande Barreira de Corais, na Austrália. Apenas o banco de Abrolhos tem cerca de 20.900 quilômetros quadrados (km²).

As algas, na verdade, têm sido um recurso natural cada vez mais explorado pelo homem. O cultivo de Nori (Pyropia spp.), aquela alga que envolve o sushi, movimenta uma indústria de US$ 3 bilhões apenas no Japão. Outra indústria bastante relevante baseada no cultivo desses organismos é a produção de hidrocoloides, um tipo de gelatina extraída de algumas espécies de algas, além da produção de biomassa para biocombustível ou como fonte de moléculas para aplicações diversas. “Usadas como biofábricas, as algas têm ainda um diferencial positivo: são capazes de utilizar a energia solar e remover o gás carbônico (CO₂) da atmosfera, ao passo que geram bioprodutos de interesse econômico”, afirmou Mariana. Ao todo, cerca de 2 mil espécies de algas foram descritas no Brasil. Os grupos com as maiores quantidades de espécies identificadas são as diatomáceas, rodofíceas — as algas vermelhas — e as dinofíceas.

A diversidade de espécies que vivem em ambientes costeiros no Brasil não se restringe apenas à flora marinha. Levantamentos realizados por pesquisadores brasileiros estimam que a fauna litorânea contabilize mais de 10 mil espécies. “É curioso observar o contraste em relação à diversidade e à abundância de espécies entre as duas costas da América do Sul”, disse a bióloga Maria de los Angeles Gasalla, do Instituto Oceanográfico (IO) da USP. Segundo ela, na costa do Atlântico o número de espécies de peixes é maior do que no litoral do Pacífico. Na costa brasileira, 10,5% das espécies de peixes que habitam os recifes de corais são endêmicas. Nas regiões Sul e Sudeste, muitos peixes têm importante valor comercial, como a pescada-foguete (Macrodon ancylodon), a sardinha-verdadeira (Sardinella brasiliensis) e o bonito-listrado (Katsuwonus pelamis).

Apesar de apresentar uma maior riqueza de espécies, a margem oriental da América do Sul abriga uma menor abundância por espécie de peixes do que a borda ocidental. “Neste cenário, o Brasil se destaca também pela grande diversidade de moluscos, mais de 1.800”, destacou Maria. A costa brasileira abriga ainda uma vasta diversidade de crustáceos, peixes, águas-vivas e esponjas, entre outros.

A zona costeira e marinha do Brasil, incluindo a zona econômica exclusiva e a extensão da plataforma continental, abrange uma área de 4,5 milhões de km², dos quais cerca de 34% são considerados pelo Ministério do Meio Ambiente como áreas prioritárias para conservação. “Ao menos em termos burocráticos, no entanto, somente 1,8% está sob proteção de Unidades de Conservação Marinha. Isso não implica que essas unidades funcionem adequadamente, que tenham sido bem delimitadas cientificamente, nem que estejam realmente protegidas dos impactos antrópicos”, afirmou Maria.

© E. C. OLIVEIRA

Espécie de alga marinha, fundamental para a produção de oxigênio

Esse percentual está muito abaixo da meta 11 de Aichi, proposta pela Convenção sobre Diversidade Biológica das Nações Unidas, que prevê pelo menos 10% de áreas marinhas ou costeiras protegidas. Já as áreas de concessão para exploração de gás e petróleo seguem aumentando e ultrapassam os 12%. “Os objetivos das unidades de conservação devem ser muito claros em relação ao que, de fato, estariam protegendo. Do contrário, não chegamos a lugar algum”, disse a bióloga do IO. Para atender as necessidades humanas de renda, emprego e alimentação, é crucial, de acordo com a pesquisadora,  manejar a pesca adequadamente e regulá-la.  Segundo Carlos Joly, coordenador do programa Biota-FAPESP, em São Paulo, desde 2008, 90% do litoral está protegido por um mosaico de Áreas de Proteção Ambiental e Áreas de Relevante Interesse Ecológico.

O potencial do pouco conhecido universo marinho também pode ser aproveitado do ponto de vista aplicado. Ao longo dos anos, muitos organismos marinhos têm sido ou foram usados como fontes de novas substâncias para a indústria farmacêutica e de cosméticos. Pigmento obtido da glândula dos moluscos Murex groschi e Murex recurvirostris, a púrpura-de-tiro foi, por exemplo, usada por séculos, desde a Antiguidade até o fim da Idade Média, para tingir vestes. “Essa foi uma das primeiras indústrias químicas baseada em substâncias extraídas de organismos marinhos”, disse Roberto Berlinck, do Instituto de Química da USP de São Carlos. Superexplorados, esses moluscos se extinguiram em meados do século XV. A estrutura da púrpura-de-tiro só foi desvendada bem mais tarde, em 1909, muito tempo depois de seu uso comercial ter sido abandonado.

Agentes antitumorais
Mais recentemente, diversas moléculas isoladas de organismos marinhos têm sido testadas como candidatos a antitumorais. A esqualamina, por exemplo, substância isolada das vísceras do tubarão Squalus acanthus, já está em fase de testes clínicos. “Ela pode ser um agente inibidor da angiogênese, o mecanismo de crescimento de novos vasos sanguíneos a partir dos já existentes que favorece a proliferação de células tumorais”, disse Berlinck.

© VINICIUS PADULA

Molusco nudibrânquio Tambja: alta concentração de compostos químicos em seu manto externo

Outro exemplo de substância potencialmente útil no combate ao câncer é a ecteinascidina-743, isolada da Ecteinascidia turbinata, um organismo invertebrado de aspecto esponjoso que vive grudado a rochas. Os pesquisadores observaram que essa substância pode ser usada na quimioterapia para danificar o material genético das células tumorais. Atualmente essa substância está em fase de testes clínicos.

Berlinck e outros pesquisadores têm se dedicado ao estudo das defesas químicas dos nudibrânquios, um grupo de moluscos sem conchas com significativa ocorrência no Brasil, no qual estão inseridas as lesmas-do-mar. Num estudo sobre um molusco do gênero Doris, eles isolaram uma substância conhecida como xilosil-MTA, um nucleosídeo modificado com átomo de enxofre. Foi o primeiro relato dessa substância, cujo potencial farmacológico ainda será investigado, em um espécime desse gênero no país. Outros moluscos, como os do gênero Tambja, têm atraído a atenção por serem pequenos e concentrarem muitos compostos químicos em seu manto externo como mecanismo de defesa. Segundo Berlinck, diversas substâncias com potencial farmacológico já foram isoladas desses animais.

O Ciclo de Conferências Biota-FAPESP Educação é uma iniciativa do Programa Biota-FAPESP, em parceria com a revista Pesquisa FAPESP, voltada à discussão dos desafios ligados à conservação dos principais ecossistemas brasileiros (ver programação). As palestras, que se encerram em novembro, apresentam o conhecimento gerado no Brasil sobre o tema e pretendem contribuir para a melhoria da educação científica e ambiental de professores e alunos do ensino médio. 

Fonte: Revista Fapesp on line - nov/2013

Por:  Rodrigo de Oliveira Andrade

Uma carona indesejada

Nanopartículas podem transportar moléculas intrusas para o interior das células

© LQES/UNICAMP

A área em amarelo indica a parte hidrofóbica (avessa à água) da nanopartícula e a área em cinza a parte hidrofílica (com afinidades com água)

Ao analisar como nanopartículas porosas carregadas de fármacos interagiam com células tumorais, o químico Oswaldo Alves observou algo inesperado. Após vários experimentos, ele e sua equipe verificaram que, além do medicamento – a camptotecina, um antitumoral potente, mas de toxicidade elevada –, as nanoestruturas transportavam para dentro das células uma das moléculas do meio de cultura celular, a mistura de vitaminas, proteínas e sais minerais que mantém as células vivas. A descoberta sugeria que as nanopartículas não eram veículos tão eficientes quanto se acreditava para o transporte de medicamentos, e que poderiam até mesmo levar para dentro das células substâncias com efeitos nocivos. Em vez de auxiliares farmacológicos de alta precisão, seriam cavalos de Tróia.

Até agora, Alves e outros pesquisadores dessa área acreditavam que, encapsulados, os fármacos eram levados às células sem interferências externas. Isso porque essas nanocápsulas, feitas à base de sílica e com diâmetro de 20 a 60 nanômetros, são protegidas por uma capa formada por proteínas que ajuda a manter e proteger o medicamento no interior de seus poros. Agora, no estudo que rendeu para o grupo a capa da edição de julho da revista Applied Materials & Interface, os pesquisadores explicam que essas nanoestruturas também atraem moléculas avessas à água, desencadeando reações químicas que podem comprometer ou até mesmo bloquear a liberação do fármaco preso aos seus microporos.

“Essas interações comprometeriam a eficácia do experimento”, diz Alves em seu laboratório no Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Podemos dizer, por exemplo, que é o fármaco que está agindo quando, na verdade, os resultados obtidos podem ser fruto da interação química entre o medicamento e as moléculas intrusas”, ele observa. “Se pensarmos esses fenômenos do ponto de vista clínico, sendo essas partículas injetadas no sangue, algumas das moléculas na corrente sanguínea poderiam atravessar essa barreira, sendo transportadas para dentro das células”. Os efeitos dessa interferência, segundo ele, podem acarretar na diminuição da quantidade de medicamento liberado. Em outras palavras, a quantidade de fármaco encapsulado pode não ser a mesma a chegar às células.

Até hoje, experimentos voltados à aplicação dessas nanoestruturas, de aspecto semelhante ao de uma bola de golfe, eram feitos normalmente em meios de culturas celulares sem considerar essas possíveis interações, segundo ele. “A verificação de que algumas moléculas conseguem furar a barreira protéica que recobre essas nanopartículas pode fazer com que muitos trabalhos já feitos tenham de ser revisados”, diz o biólogo Diego Stéfani Teodoro Martinez, do grupo de Alves.

© LQES/UNICAMP

Microscopia de transmissão das nanopartículas feitas à base de sílica multifuncionalizadas

Os pesquisadores ainda não sabem como se dá essa interação química. “Os componentes intrusos podem ser nocivos, mas não sabemos se isso pode acarretar numa associação cooperativa entre eles e o fármaco”, comenta Diego Stéfani. “Estamos diante de uma situação muito nova, que pode ter muitas implicações”. O mais importante, ele comenta, é que as moléculas intrusas, por conta própria, não pareciam ser capazes de penetrar nas células.

Uma hipótese levantada pelo grupo da Unicamp é que todo componente do meio de cultura celular com características hidrofóbicas (que repelem a água) possa ser atraído para o interior das nanopartículas. “Precisamos investigar melhor esse fenômeno. Não sabemos quanto do fármaco sai da partícula e quantos componentes são capazes de invadi-la. Só identificamos um deles, a SYTOX green”, diz o químico Amauri Jardim de Paula, autor principal do estudo. “O próximo passo é tentar controlar a quantidade de moléculas que entram na célula e entender se esse fenômeno ocorre de modo diferente em outros meios de cultura”.

Chegar a essas conclusões não foi fácil. Até concluir que nanoestruturas poderiam transportar para o interior das células outras substâncias além do fármaco, o grupo precisou percorrer um longo caminho envolvendo barreiras técnicas e burocráticas, incluindo a dificuldade de integrar pesquisadores de diferentes áreas – o estudo conta também com a colaboração do químico Nelson Durán, do Laboratório de Química Biológica da Unicamp, e dos biólogos Roberto Theodoro Araújo Júnior, Edgar Paredes-Gamero, Helena Nader e Giselle Justo, do Departamento de Bioquímica e de Ciências Biológicas da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp).

Outro obstáculo foi fazer com que a camptotecina fosse encapsulada e transportada na quantidade necessária para o experimento. Assim como muitos fármacos, a camptotecina é uma substância insolúvel em água, o que dificulta a administração de suas doses. Em meados de 2012, Amauri, à época doutorando orientado por Alves, apresentou uma nova estratégia para tornar essas moléculas solúveis em água mais facilmente. Ele desenvolveu uma partícula de superfície hidrofílica (com afinidade com água), de modo que fosse solúvel, e interior hidrofóbico, de maneira que as características da nanopartícula fossem compatíveis com as características do antitumoral, insolúvel em água. Seu trabalho ganhou a capa da Journal of the Brazilian Chemical Society em outubro de 2012.

Amauri e Alves observaram que as nanopartículas à base de sílica, diferentemente do que se pensava, não destruíam as células vermelhas do sangue, as hemácias. “Colocadas no meio de cultura celular e em seguida revestidas por proteínas essas partículas se tornam aparentemente inofensivas para as hemácias”, explica Amauri, atualmente professor do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará (UFC). “Agora queremos saber se essas nanoestruturas feitas de sílica se acumulam no organismo ou são eliminadas. Há poucos estudos envolvendo os efeitos colaterais dessas nanoestruturas”.

No Instituto Butantan, e em outros centros de pesquisa, partículas de sílica têm sido a base para novas vacinas (ver Pesquisa FAPESP nº204). Em especial, um tipo de nanopartícula mesoporosa de sílica chamada de SBA-15 tem se mostrado eficiente no transporte de vacinas por via oral. No ano passado, testes conduzidos pelo instituto, em parceria com a Universidade de São Paulo e o Laboratório Cristália, contra a hepatite B em camundongos mostrou que essas partículas conseguem atravessar o ambiente ácido do estômago, sendo absorvidas pelo intestino, feito que a maioria das proteínas não é capaz de fazer.

O uso de nanopartículas para o transporte de fármacos tem sido estudado e desenvolvido em todo o mundo. Para o químico Henrique Eise Toma, da USP, o uso de nanopartículas mesoporosas é mesmo mais adequado para moléculas pequenas, que se alojam em suas cavidades ou poros. No estudo de Alves, ele explica, as nanopartículas atuam como liberadores ou carreadores de fármacos, mas nem sempre elas têm um alvo bem definido. “Nessa linha existem alternativas como a ciclodextrina, já incorporada na maioria dos fármacos”, comenta. Segundo ele, a linha de pesquisa mais “bonita”, de fato, é a funcionalização das nanopartículas para atingirem determinado alvo ou tipo de célula.

Ao contrário do transporte molecular, as nanopartículas normalmente não atravessam as membranas celulares. Contudo, algumas conseguem ser assimiladas pelas células, que as confundem com proteínas. Para o químico, estudos como os de Alves e seu grupo abrirão novas perspectivas em áreas como a da nanomedicina.

Projeto

Produção de nanoestruturas mesoporosas à base de sílica para o transporte de agentes antitumorais hidrofóbicos (nº 09/58917-3); Modalidade: Doutorado;Coord.: Amauri Jardim de Paula/Unicamp; Investimento: R$ 110.201,13 (FAPESP).

Artigos científicos

PAULA, A. J. et al. Influence of protein corona on the transport of molecules into cells by mesoporous sílica Nanoparticles. Applied Materials & Interfaces. v. 5, n.17, p. 8.387–93. 2013.

PAULA, A. J. et al. Suppression of the hemolytic effect of Mesoporous silica Nanoparticles after protein corona interaction: independence of the surface microchemical environment. Journal of the Brazilian Chemical Society. v. 23, n. 10, p. 1.807-14. 2012.

Fonte: Revista Fapesp, por Rodrigo de Oliveira - Edição online - outubro de 2013