Novos poluentes, classificados como emergentes, não são removidos pelas tecnologias de tratamento de água existentes. Por isso, pesquisadores em todo o mundo têm buscado alternativas mais eficientes, envolvendo novos materiais. No Brasil, diferentes grupos de pesquisa trabalham com uma variedade de técnicas e, neste Dia Mundial da Água (22/3), destaco dois trabalhos que, apesar de muito diferentes, têm em comum o processo de adsorção (adesão de moléculas de um fluido a uma superfície sólida).

Elias Paiva Ferreira Neto busca nanomateriais capazes de degradar poluentes por fotocatálise (fotocatalisadores) desde o doutorado, realizado junto ao Grupo de Materiais Híbridos e Inorgânicos do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP). Na fotocatálise, a luz de uma fonte natural (luz do Sol) ou artificial, ao ser absorvida pelo material catalisador, desencadeia reações químicas que podem transformar poluentes orgânicos –como o corante azul de metileno, testado por Ferreira Neto em sua pesquisa mais recente— e inorgânicos –como metais pesados– em substâncias inócuas ou, pelo menos, muito menos tóxicas ao organismo humano.

O pesquisador estudou o fotocatalisador dissulfeto de molibdênio (MoS₂). Para a aplicação em situações reais, no entanto, era necessária a possibilidade de construir objetos macroscópicos com as propriedades do nanomaterial. Já no pós-doutorado, no Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), Ferreira Neto encontrou a solução em uma das especialidades do grupo de pesquisa, a celulose bacteriana.

Juntando as duas abordagens – ao revestir a celulose bacteriana com uma camada do fotocatalisador –, o pesquisador chegou a uma membrana capaz de descontaminar a água que passa por ela, removendo, por filtragem e degradação, poluentes orgânicos e inorgânicos. Uma das principais vantagens do novo material é a possibilidade de reutilização, já que muitas das alternativas existentes precisam ser aplicadas como pó ou suspensão, o que inviabiliza sua recuperação após o uso.

Produzida por alguns tipos de bactérias, a celulose bacteriana forma um hidrogel composto por 99% de água que, ao passar por um processo de secagem controlada, se transforma em um aerogel. No aerogel, a água é substituída por ar, resultando uma estrutura muito porosa que, ao mesmo tempo, permitem a passagem da água e retém – por adsorção – os poluentes. Conforme ficam retidos na membrana, os poluentes são então degradados pelo fotocatalisador.

Nos testes já realizados, a membrana removeu da água, durante um experimento de duas horas, 96% do azul de metileno e 88% do metal cancerígeno crômio VI (crômio no estado de oxidação VI, referente à sua carga elétrica), ambos comuns em efluentes industriais da produção têxtil e de couro, por exemplo. O trabalho segue na busca de maior eficiência – inclusive com o uso de outros fotocatalisadores e testando outros contaminantes – e, também, da caracterização dos produtos resultantes da degradação.

“Nosso resultados evidenciam a importância da colaboração científica, já que não teriam surgido se não tivéssemos combinado as especialidades de dois grupos diferentes, o trabalho com fotocatalisadores, no caso da USP, e celulose bacteriana, na Unesp”, destaca Ferreira Neto.

A segunda pesquisa também foi realizada em parceria, entre o Laboratório de Materiais Poliméricos e Biossorventes da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e o Laboratório de Ciências Integradas da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp).

Nela, o material adsorvente usado foi o bagaço de cana, um dos principais resíduos da agroindústria brasileira, resultante da atividade nas usinas de etanol e açúcar. O bagaço – um biossorvente, adsorvente de origem biológica – foi usado em um compósito com nanopartículas de magnetita sintética, combinando as propriedades adsorventes do bagaço às propriedades magnéticas das nanopartículas.

Com isso, o bagaço retém, por adsorção, os poluentes – no caso deste estudo, foram testados cobre e o mesmo cromo VI – e, depois, é retirado da água pela ação de um imã que atrai as nanopartículas magnéticas do compósito. Também neste caso o grupo de pesquisa segue testando este e outros compósitos biossorventes em relação à capacidade de retenção de outras moléculas orgânicas e inorgânicas. As pesquisas já mostraram, também, potencial para remoção de óleos da superfície das águas em caso de derramamento.

Por isso, a busca é por reproduzir sinteticamente composição, estrutura e, assim, função biológica dos materiais responsáveis pela construção e regeneração óssea no corpo humano e outros organismos vivos. Pesquisadores do Laboratório de Físico-Química de Superfícies e Coloides do campus de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (USP) acabam de obter resultados importantes neste sentido, com a síntese de nanopartículas de fosfato de cálcio e estrôncio semelhantes a estruturas existentes no nosso corpo.

A concha de um molusco, como o vôngole ou a vieira, e o giz escolar são feitos do mesmo material, o mineral carbonato de cálcio (CaCO₃). No entanto, como todos sabemos, é fácil transformar o giz em pó com apenas uma mão, enquanto as conchas são conhecidas pela sua resistência mecânica.

A responsável por essa diferença é a biomineralização, processo pelo qual organismos vivos produzem minerais a partir de elementos químicos retirados do meio, na presença de macromoléculas orgânicas. Assim também são construídos nossos ossos e dentes, e falhas neste processo, por sua vez, acarretam a osteoporose.

“O que diferencia a biomineralização é o fato de ser um processo extremamente regulado. Nossos ossos crescem em locais controlados por uma matriz, não em qualquer lugar”, registra Camila Bussola Tovani, integrante do grupo da USP. “O processo encanta cientistas, por ser quimicamente simples, mas resultar em estruturas sofisticadas cuja complexidade o ser humano ainda não consegue reproduzir no laboratório”, compartilha.

“A parte inorgânica dos nossos ossos é formada pelo mineral apatita, um fosfato de cálcio que nós conseguimos produzir na bancada do laboratório, como hidroxiapatita. No entanto, a apatita biomineralizada no corpo humano a partir de matriz orgânica de colágeno apresenta propriedades muito diferentes, especialmente a resistência mecânica”, complementa Ana Paula Ramos, que orientou a pesquisa de doutorado de Tovani.

Para produzir as nanopartículas, as pesquisadoras buscaram inspiração justamente nas condições naturais de produção dos nossos ossos e dentes.

Processos de regeneração óssea acontecem o tempo todo no nosso corpo. Neles, a unidade básica, uma espécie de molde no qual acontece a biomineralização, é a fibrila de colágeno, matriz orgânica cilíndrica onde a formação dos cristais de fosfato de cálcio se dá em espaço confinado e, assim, resulta em estruturas com forma e tamanho controlados e bem definidos.

Para imitar este molde cilíndrico, foi usada uma membrana polimérica disponível comercialmente, de policarbonato, com poros com dimensões uniformes de cerca de 200 nanômetros de diâmetro, tamanho semelhante ao das fibrilas. A membrana foi mergulhada em uma solução contendo fosfato, cálcio e estrôncio, elemento com ação conhecida na regeneração e no controle de perdas de tecido ósseo.

Depois da solução penetrar nos poros da membrana, é realizada a secagem, na presença de compostos que desencadeiam a mineralização. Em seguida, o policarbonato é dissolvido, restando as nanopartículas cilíndricas de fosfato de cálcio e estrôncio.

Na análise dessas nanopartículas no laboratório, em cultura de osteoblastos (células responsáveis pela formação do tecido ósseo), o grupo de pesquisa verificou sua atividade na regeneração do tecido. “Além de ser estruturalmente e morfologicamente semelhante à matriz óssea original, o material entrega localmente os íons de estrôncio reguladores da atividade de células importantes no processo de formação óssea”, explica Ramos.

As células mencionadas são os osteoclastos, responsáveis pela reabsorção de tecido ósseo, cuja atividade é aumentada em pessoas com osteoporose. A combinação do fosfato de cálcio mineralizado por rota que mimetiza o processo natural aos íons de estrôncio levou, assim, à combinação entre as capacidades de induzir a biomineralização e de controlar a atividade dos osteoclastos, que provocam a perda de densidade do tecido ósseo pela sua reabsorção.

As pesquisadoras contam que os próximos passos são testes com as nanopartículas aplicadas em matrizes poliméricas utilizadas no reparo de defeitos maiores e, também, adicionadas a cremes dentais, para tratamento da hipersensibilidade dentinária. “A partícula como está, como pó compactado, já poderia ser aplicada no reparo de pequenos defeitos, como, por exemplo, em um implante ortodôntico. As matrizes de outros materiais são usadas em enxertos onde há exigência de sustentação, como na tíbia, por exemplo”, explica Ramos.

Outro desafio é o estabelecimento de parcerias para os estudos em modelos animais e, posteriormente, em humanos. “Ciência não se faz sozinho. Nós somos físico-químicas, e não conseguiríamos aplicar as nanopartículas que produzimos na regeneração óssea se não trabalhássemos em colaboração com colegas bioquímicos, médicos, farmacêuticos”, destaca a professora da USP. “Além disso, o impacto dos resultados obtidos evidencia a importância de investimentos na internacionalização da pesquisa brasileira, pois eles só foram possíveis devido às parcerias que estabelecemos com instituições na França”, conclui, registrando que Tovani fez estágio na Universidade Sorbonne durante o doutorado, onde agora atua como pesquisadora de pós-doutorado.

Imagem de microscopia eletrônica das nanopartículas sintetizadas pelo grupo de pesquisa

Imagem de microscopia eletrônica das nanopartículas sintetizadas pelo grupo de pesquisa. Sobre um fundo preto, as nanopartículas, que aparecem acinzentadas, formam uma espécie de trama com as fibras dispostas na horizontal.

O problema é característico de regiões industrializadas, pois as substâncias foram muito usadas como solventes, desengraxantes, em esmaltes para pintura de automóveis e na lavagem a seco, dentre outras aplicações. “Há, na cidade de São Paulo, por exemplo, áreas em que a subsuperfície inteira está contaminada”, relata Nathaly Lopes Archilha, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), que estuda a nanorremediação da contaminação por hidrocarbonetos clorados.

Embora o uso hoje seja rigidamente controlado, vazamentos aconteceram no passado pelo manuseio e armazenamento incorretos e, também, pela destinação inadequada de resíduos. As tecnologias usuais de remediação envolvem o tratamento da água depois de ser trazida à superfície, o que, além do custo, não resolve totalmente o problema. “Por serem mais densos que a água, os hidrocarbonetos clorados, se descartados em solo permeável, afundam até chegar em um leito menos permeável, geralmente o leito de um aquífero”, explica Archilha. “Como eles persistem na subsuperfície por muitos anos, nos poros das rochas, e vão sendo lentamente carregados pelas águas, estamos pagando até hoje o preço de um problema gerado há 50 anos”, situa.

A nanorremediação aparece, assim, como possibilidade de tratamento no próprio aquífero e, também, de atingir estas fontes secundárias de contaminação, os resíduos “capturados” nos poros dos leitos dos aquíferos. Por exemplo, nanopartículas de ferro, um elemento muito reativo, são injetadas no aquífero justamente para reagirem com os poluentes, provocando sua degradação. Embora este efeito já seja conhecido, ainda não se sabia como a reação ocorre em condições similares às de um aquífero real, ou seja, o que acontece nos poros durante a interação entre nanopartículas e contaminantes.

Para descobrir, foi desenvolvida pesquisa usando a tecnologia de tomografia de raios X disponível no Laboratório Nacional de Luz Sincrotron (LNLS), vinculado ao CNPEM. O conhecimento produzido viabilizará, por sua vez, o desenho de estratégias otimizadas de nanorremediação, além de subsidiar a regulamentação dessas técnicas. “Alguns países ainda não usam a tecnologia e um dos motivos é justamente não saberem o que acontece nessas condições. Se vão injetar nanopartículas de ferro, super reativas, precisam saber o que vai acontecer, entender os mecanismos de ação”, ilustra a pesquisadora.

Os pesquisadores simularam os grãos e poros das rochas com uso de pequenas esferas de vidro e, utilizando o acelerador de partículas do LNLS, em Campinas (SP), produziram imagens em quatro dimensões (4D) com resolução suficiente para enxergar os diferentes líquidos dentro dos poros. Em outras palavras, produziram imagens com altura, profundidade e largura (3D) ao longo de um intervalo de tempo (a quarta dimensão). Obtiveram, assim, uma espécie de “filmagem” da interação entre as nanopartículas de ferro e o tricloroetileno (TCE) – membro da família dos hidrocarbonetos clorados adotado no estudo –, em ambiente simulando processos de remediação já empregados em águas subterrâneas.

Analisando as imagens, a equipe identificou dois processos distintos. O primeiro foi a verificação do que já se sabia sobre a reação química entre as nanopartículas e o TCE, que produz um gás. “Nós verificamos a degradação, observando que, ao mesmo tempo que a quantidade de TCE diminuía, gás era formado ao redor”, explica Archilha. “Mas, às vezes, o volume inteiro de TCE desaparecia da imagem, o que não é condizente com o processo de degradação, mais lento. Neste caso, o TCE estava sendo arrastado, e não degradado”, conta a pesquisadora.

A conclusão do estudo é que o uso das nanopartículas é eficiente na remediação de fontes persistentes de contaminantes em subsuperfície. Além disso, a pesquisa revelou que o gás formado, ao se movimentar em direção a regiões de menor pressão, carrega com ele quantidades de TCE, o que não necessariamente é bom para o processo de remediação. “Se muito TCE for arrastado, o resultado pode ser a chegada da substância a uma área que antes não estava contaminada. Por isso, conhecendo esse mecanismo, é possível, por exemplo, otimizar a velocidade de injeção ou a concentração de nanopartículas para controlar a produção do gás”, explica Archilha.

Na pesquisa já realizada, a linha de luz então disponível no LNLS permitiu a observação de poros micrométricos. Para o futuro, com a inauguração do novo acelerador, o Sirius, o grupo pretende investigar o que acontece também na escala nanométrica. “Um dos problemas desses contaminantes é que eles chegam até poros muito pequenos, e nós queremos verificar o que acontece nesta escala”, conta a pesquisadora do CNPEM. “O Sirius também trará maior resolução temporal, além da espacial. O máximo que nós conseguíamos com o antigo acelerador era uma imagem a cada seis minutos. No Sirius, será possível produzir uma imagem por segundo”, complementa. “No caso do arraste do TCE pelo gás, por exemplo. Na pesquisa que fizemos, em uma imagem o TCE estava lá e, na outra, tinha sumido. Agora nós devemos conseguir ver o que aconteceu entre esses dois pontos”, conclui.

Os resultados obtidos estão no artigo intitulado “Pore-scale investigation of the use of reactive nanoparticles for in situ remediation of contaminated groundwater source”, publicado no dia 16 de junho no periódico PNAS. Além de Archilha, assinam o artigo outros dois pesquisadores do CNPEM e parceiros da Teesside University, no Reino Unido, do Politecnico di Torino, Itália, e da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

Em 16 de abril, contei como uma empresa de base tecnológica brasileira e um fabricante de brinquedos se juntaram para produzir máscaras reutilizáveis com ação comprovada contra fungos e bactérias. Agora, a mesma empresa, a Nanox, comprovou também a ação dos materiais que desenvolve contra o Sars-CoV-2, vírus causador da Covid-19.

O resultado foi submetido nesta terça-feira (16), em “preprint”, ao repositório bioRxiv, ainda sem revisão por pares, em uma colaboração da Nanox com pesquisadores do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo, do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) e do Laboratório de Química Teórica e Computacional da Universidade Jaume I, na Espanha.

Partículas de prata foram adicionadas a tecidos comuns – o chamado poli-algodão, mistura de algodão e poliéster, recomendado pela Organização Mundial da Saúde para a confecção de máscaras. Experimentos verificaram a integridade estrutural do tecido após a aplicação e, também, a segurança dermatológica do material, que não causou alergias ou irritação na pele nos testes realizados com seres humanos.

E, claro, o mais importante: foi verificada a capacidade do tecido de inativar até 99,99% das partículas virais de Sars-CoV-2 cultivadas em células humanas, em apenas dois minutos. O material também elimina bactérias e fungos, o que evita, por exemplo, a contaminação cruzada.

Os responsáveis pelo estudo vislumbram diferentes possibilidades de aplicação, que vão das máscaras de tecido e roupas hospitalares até artefatos de cama, mesa e banho usados em nossas residências. Negociações já estão em andamento com fabricantes desses produtos, conta Gustavo Simões, CEO da Nanox.

As pesquisas continuarão com testes em outras superfícies, como plásticos. Elson Longo da Silva, Diretor do CDMF, destaca a relevância de uma trajetória de mais de 30 anos na obtenção do resultado em tão curto espaço de tempo no contexto da pandemia. “É a pesquisa básica que resulta na compreensão e no conhecimento a partir dos quais é possível desenvolver um produto. Esta tecnologia só existe agora porque, ao longo do tempo, fomos compreendendo como funcionam os semicondutores”, afirma o pesquisador. “E, neste caso, tivemos a coroação da pesquisa. As máscaras reutilizáveis que já estão sendo comercializadas têm os mesmos aditivos agora testados contra o Sars-Cov-2. Ou seja, fizemos o produto, comprovadamente bactericida e antifúngico, antes mesmo de comprovar também a ação antiviral”, comemora.

As pesquisas realizadas pelo CDMF têm apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), financiadora também de projetos de desenvolvimento e inovação da Nanox. A empresa também recebe recursos da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) e do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES).

A Elka, fabricante de brinquedos, buscava uma forma de empregar seu parque fabril ocioso devido à pandemia de Covid-19 no combate à própria pandemia. Por meio de um parceiro em comum, encontrou a Nanox, especializada em aditivos nanoestruturados a base de prata com ações antimicrobianas comprovadas — bactericidas, antifúngicas e antivirais.

As duas empresas desenvolveram, então, o projeto de uma máscara de proteção reutilizável equivalente às hoje famosas N95 (que são descartáveis), com uma vantagem adicional: superfícies ativas que podem ajudar no combate a infecções bacterianas responsáveis pelo agravamento de quadros de Covid-19.

“As micropartículas que produzimos têm ação comprovada contra alguns tipos de vírus. Ainda não houve tempo para os testes com o SARS-CoV-2, mas o potencial existe”, esclarece Gustavo Simões, CEO da Nanox. “Mas, além da produção nacional e do fato de serem reutilizáveis, a ação bactericida pode contribuir na prevenção de outras infecções, especialmente a pneumonia bacteriana, frequentemente associada ao agravamento dos quadros de Covid-19”, complementa.

As máscaras — que receberam a marca Oto — são produzidas com materiais plásticos (poliméricos) associados aos aditivos da Nanox, com espaço para filtros PFF2 descartáveis. Nesta primeira etapa, os aditivos estão apenas na estrutura das máscaras, mas já está prevista a adição aos filtros. Para a higienização, é necessário usar apenas água e sabão. “O protocolo para substituição dos filtros precisará ser estabelecido pelos serviços de saúde. De qualquer forma, sejam eles quais forem, a quantidade de material necessário para a confecção das máscaras é muito inferior ao que é usado nas máscaras descartáveis”, explica Simões.

A fase de pré-reserva foi iniciada hoje, e as primeiras unidades serão entregues a partir de 12 de maio. Inicialmente, a capacidade de produção é de 200 mil unidades por mês, mas a quantidade pode ser facilmente aumentada diante da demanda, para até um milhão de unidades mensais, segundo os responsáveis pela iniciativa. A expectativa é fornecer principalmente para serviços hospitalares, e uma parte será destinada a doações. “Já está definido que até 10% da produção será doada, e estamos construindo os mecanismos para essa possibilidade”, afirma Simões.

Eduardo Kapáz Jr, da Elka, destaca o fato da máscara ter sido desenhada e ser produzida totalmente no Brasil, e de servir, segundo ele, não só aos agentes de saúde na linha de frente no combate à pandemia, mas também à população em geral.

A Nanox é uma spin-off do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Em 2004, a partir de demanda apresentada por uma fabricante de eletrodomésticos, estudantes que realizavam pesquisas de iniciação científica e mestrado no Centro vislumbraram a oportunidade de empreender na área de materiais baseados em nanotecnologia, à época quase inexistente no Brasil.

Na sua consolidação, a empresa recebeu recursos da própria Fapesp e da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep). “Nada disso seria possível sem o conhecimento acumulado ao longo da minha formação e das outras pessoas envolvidas, e bem antes disso, com recursos públicos. É essa experiência acumulada que agora pode ser rapidamente redirecionada para este objetivo emergencial, para um problema real. É a concretização de investimentos na promoção do relacionamento entre universidade e empresas, por exemplo”, avalia o CEO da Nanox.

Estimativas para 2050 apontam mais de 10 milhões de mortes por ano causadas por bactérias resistentes. Neste cenário, nanomateriais aparecem como grande esperança, devido a características físicas e químicas únicas.

No entanto, a maior parte das nanopartículas com fins bactericidas têm metais em sua composição, que podem se acumular no organismo humano, ou usam surfactantes de origem sintética, majoritariamente derivados de petróleo. Esses materiais podem causar danos ao ambiente e, também, acarretar altos custos de produção.

Em busca de alternativas, o Grupo de Biotecnologia Microbiana do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP) pesquisa há mais de 10 anos surfactantes de origem biológica, os biossurfactantes. Uma parceria com o Grupo de Bioquímica e Biomateriais do IQSC acaba de resultar em nanopartículas que combinam um desses biossurfactantes, um ramnolipídio, a um polímero também de origem natural, a quitosana.

Os resultados obtidos são superiores a cada um dos materiais usado isoladamente no combate a bactérias do gênero Staphylococcus, frequentemente envolvidas em infecções hospitalares resistentes a antibióticos.

“Como ambas as moléculas apresentam ação antimicrobiana frente a patógenos de interesse, como o Staphylococcus aureus, pensamos em combiná-las visando aumentar a atividade e fornecer uma nova alternativa no controle de patógenos”, explica Marcia Nitschke, docente do IQSC e uma das coordenadoras da pesquisa. Ela destaca também que uma das características importantes das nanopartículas é a maior área de superfície em relação ao volume, o que aumenta a área de interação com a célula bacteriana.

Surfactantes são uma classe de compostos químicos muito utilizados em vários setores industriais e, principalmente, como matéria-prima dos detergentes domésticos. A palavra deriva do fato de ser um agente de atividade superficial (em inglês, “surface active agent”), um composto com capacidade de alterar as propriedades superficiais e na interface de um líquido com um outro meio.

Os biossurfactantes são produzidos por microrganismos como bactérias, fungos e leveduras, e, no caso específico da pesquisa da USP, pela bactéria Pseudomonas aeruginosa. Em relação aos surfactantes sintéticos, os ramnolipídios e outros biossurfactantes têm como vantagens a baixa toxicidade e a biodegradabilidade, juntamente à atividade antimicrobiana, antiadesiva –que dificulta a formação dos biofilmes– e disruptiva do biofilme já formado.

Já a quitosana é um biopolímero obtido da quitina, elemento estrutural na carapaça (exoesqueleto) de crustáceos e insetos. A substância também está presente em fungos e em moluscos, como a lula, fonte da quitosana usada na pesquisa. “A quitosana tem diversas atividades biológicas importantes, como ser antioxidante, anti-inflamatória, anticoagulante, antitumoral e ter atividade antimicrobiana, foco principal do nosso trabalho”, explica Crisiane Marangon, autora da tese de doutorado que produziu e analisou as nanopartículas. O trabalho teve a participação também de grupo de pesquisa em biofilmes da Universidade de Aarhus, na Dinamarca.

As nanopartículas combinando ramnolipídios e quitosana demonstraram desempenho superior na eliminação tanto de bactérias planctônicas quanto de biofilmes. Microrganismos planctônicos são aqueles vivendo livres em suspensão, mas a grande maioria das bactérias vive em comunidades aderidas a superfícies, formando os biofilmes.

“Biofilmes são muito comuns. O lodo no banheiro é um biofilme, o musgo que cobre uma rocha em um rio… A sensação de uma película nos dentes depois de algum tempo sem escovar também é um biofilme. Eles se formam em qualquer superfície úmida e com nutrientes para as bactérias, seja abiótica, como a superfície de um cateter, seja biótica, como o pulmão na fibrose cística”, exemplifica Marangon.

As autoras da pesquisa registram que mais de 60% das infecções microbianas em seres humanos e 80% das infecções hospitalares por dispositivos médicos contaminados têm relação com a formação de biofilmes.

Nos biofilmes, as bactérias produzem uma matriz extracelular que serve de barreira à ação de agentes antimicrobianos. Como a maior parte dos agentes antimicrobianos tem como alvo as bactérias planctônicas, há uma lacuna no combate aos biofilmes. “É urgente o desenvolvimento de estratégias com foco nas estruturas celulares, em substituição aos processos celulares”, afirma Marangon.

“Processos celulares envolvem o metabolismo. A penicilina, por exemplo, atua impedindo a formação de nova parede celular bacteriana, mas a célula precisa estar em crescimento, no estado planctônico. Como nos biofilmes há uma diminuição da taxa metabólica dos microrganismos, são necessárias alternativas que tenham como alvo as estruturas celulares. Um exemplo é a desintegração da matriz extracelular para que os compostos antimicrobianos atinjam a população bacteriana protegida por essa barreira”, explica a pesquisadora.

No caso das nanopartículas de quitosana, a adição do ramnolipídio resultou em partículas menores, mais estáveis e com maior densidade de carga elétrica positiva em sua superfície, o que também favorece a interação com as células bacterianas, carregadas negativamente. Já a quitosana favorece o acúmulo das nanopartículas na superfície do biofilme. No entanto, ela tem dificuldade em penetrar a matriz extracelular até as camadas mais profundas, função que é desempenhada pelo ramnolipídio transportado até ali pela quitosana.

Os resultados já obtidos indicam a possibilidade de aplicações médicas e, também, na indústria alimentícia.

Na área médica, algumas possibilidades são a desinfecção de superfícies de dispositivos como cateteres e próteses e, também, de infecções na pele.

Na indústria alimentícia, biofilmes formados sobre equipamentos são uma importante fonte de contaminação. Os compostos também podem vir a ser usados como aditivos, para controle da contaminação diretamente no alimento.

Os grupos da USP estão dando continuidade às pesquisas na direção dessas aplicações e, também, com outros compostos bioativos que possam abranger outros tipos de bactérias.

O artigo com os resultados da pesquisa de doutorado de Marangon, intitulado “Combination of Rhamnolipid and Chitosan in Nanoparticles Boosts Their Antimicrobial Efficacy”, foi publicado no último mês de janeiro na revista científica ACS Apllied Materials & Interfaces.