Nanotech gels as in-pack food sensors?

By James Snodgrass

In the fridge of the future, we won't be looking for "Use By" or "Best Before" dates. We will be able to tell whether food is fresh, or has turned for the worse, with a quick visual inspection of the fridge. In-mould labels made from a photonic gel will change colour when exposed to chemicals associated with a foodstuff going off. So we will have an instant visual warning if our food's gone bad.

This is just one of many applications for a novel, extremely thin colour-changing films that have been developed by materials scientists at Rice University in Texas and the Massachusetts Institute of Technology (MIT), both in the US. The research has been published in the nanotechnology journal of the American Chemical Society, ACS Nano.

Leading the project is Ned Thomas, Dean of Rice University's George R.Brown School of Engineering (and formerly chair of the department of Materials Science and Engineering at MIT). Thomas and his team have combined polymers into a self-assembled metamaterial that changes colour when exposed to ions dissolved in solution - or ions in the environment at large. The material changes colour according to the ions' ability to penetrate the hydrophilic layers.

The micron-thick material, made from nanoscale layers of hydrophobic (water resisting) PS and hydrophilic (water loving) poly(2-vinyl pyridine) (P2VP), is called a photonic gel. Thinner than a human hair, Thomas believes the photonic gels will be extremely inexpensive to produce. "We could cover an area the size of a football field [5,350m2] with this film for about $100 (€78.58)," said Thomas.

Given this estimate, the cost per square metre would be little more than €0.01, meaning the cost of an in-package sensor could - theoretically - be infinitesimally small whilst delivering demonstrable added value. Though, naturally, the cost of bringing the technology to market, and the associated costs of getting EU and international regulatory approval for food contact, may impact the technology's viability.

Thomas continued: "If [the food sensor] is inside a sealed package and the environment in that package changes because of contamination or ageing or exposure to temperature, an inspector would see that sensor change from blue to red and know immediately the food is spoiled."
He explained that this makes it easier to check food freshness than conventional methods, "especially when you need to look at a lot of them. And you can read these sensors with low tech, either with your own eyes or a spectrophotometer to scan things."

Exposing the films to various solutions, the researchers discovered that they changed colour in proportion to the amount of solvent absorbed by the P2VP. From the film's neutral, clear, state the researchers turned the film blue (using thiocyanate), green (iodine), yellow (nitrate), orange (bromine) and red (chlorine). All these interactions were reversible; the film returned to its transparent state in the absence of contaminants.
The change in colour is caused by expansion of the P2VP layers. Different thicknesses of layers within the film change the way that light is refracted through the film. Thomas suggests that these changes can be exploited in such a way as to make gels that are "tuned" to react in specific ways.

Thomas said: "These days in photonics, people are thinking about light as though it were water. That is, you can put it in these tiny pipes. You can turn light around corners that are very sharp. You can put it where you want it, keep it from where you don't want it. The plumbing of light has been much easier than in the past, due to photonics, and in photonic crystals, due to band gaps."

Other potential applications for the technology include security (instant, visual testing for drugs, explosives or biological contaminants) or as an alternative technology to e-ink or thin film transistor displays.

Fonte: EuropeanPlasticsNews

World’s 1st Wipe-On Nanocoating To Exceed Automotive OEM Specs

BRIGHTON — Nanovere Technologies said this week that its products will lead the automotive industry into a a world were auto plastics never fade, wheels are self-cleaning and resist brake dust, tires are self-cleaning and look new for life — not to mention fiberglass boats that resist fading for life.

These and other amazing benefits are now possible due to 10 years of research and development in nanotechnology.

Nanovere chairman and CTO Thomas Choate said the company’s products are now on the market under the brand names Vecdor Nano-Clear, a wipe-on clear nanocoating that exceeds automaker specifications.

“What’s most unique about Nano-Clear is the ability to permanently restore original color, gloss and surface hardness back into oxidized textured plastics, highly oxidized fiberglass and highly oxidized paint surfaces while reducing surface maintenance by 60 percent,” Choate said.

Nanovere Technologies has pioneered proprietary 3D unstructured coatings at the molecular level since 2003. Nano-Clear forms a “highly crosslink dense film with extreme scratch resistance, chemical resistance, UV resistance, remarkable flexibility and self-cleaning properties including water, oil, ice and brake-dust repellency.”

The application potential for Nano-Clear Wipe-On nanocoating includes automotive textured plastics, aluminum and steel wheels, tires, oxidized paint surfaces including heavy duty equipment, boat hulls, aluminum siding, outdoor metal furniture, air conditioner housings, etc.

Vecdor nanocoatings have been tested and validated by some of the world’s leading OEM companies including Boeing, BMW, Accuride Truck Wheels and many others to outperform leading OEM clear coatings.

Nanovere is currently establishing global distribution networks for Vecdor Nano-Clear. Interested parties may contact Nanovere directly at alliances@nanovere.com or call (810) 227-0077. To learn more about Nanovere or nanotechnology, visit www.nanocoatings.com or email question@nanovere.com.

Fonte: CBS Detroit

INT será um dos participantes do SisNano

O Instituto Nacional de Tecnologia (INT) obteve a liberação para integrar o Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologias (SisNano) do MCTI. Caberá à instituição abranger, por meio do Centro de Caracterização em Nanotecnologia para Materiais e Catálise (Cenano), as áreas de catálise e processamento químico; corrosão e degradação; processamento e caracterização de materiais; e materiais e produtos.

De acordo com o coordenador de Desenvolvimento Tecnológico do INT, Paulo Gustavo Pries de Oliveira, a entrada do instituto permitirá que instituições de pequeno e médio porte que não têm condições de arcar com os custos possam enviar análises e pesquisas nessa área.

“O SisNano levará esses setores ao acesso a equipamentos de alta complexidade, como um microscópio eletrônico de transmissão, que custa hoje cerca de R$ 2,5 milhões, sem contar os custos de instalação e contratação de pessoal especializado”, explica o coordenador.

A participação do Cenano deve acontecer na qualidade de laboratório associado, passando a disponibilizar o mínimo de 15% do seu tempo de operação para esses serviços.

Fonte: Agência Gestão CT&I

Rainbows From Nanotechnology To Improve Solar Cells

Researchers from King’s College London have developed a detailed process to separate colors and create ‘rainbows’ on a metal surface by utilizing nanoscale structures. This method will likely lead to improved solar cells and LED displays, according to the researchers.

Image Credits: Dr. Jean-Sebastien Bouillard, Dr. Ryan McCarron

The modern discovery of how to separate and project different colors was actually also made at King’s College, more than 150 years ago. This discovery led to the development of color televisions and other displays. In modern research, the primary goal has been for the manipulation of color on the nanoscale. When this capability is further developed it will lead to great changes in imaging and spectroscopy, the sensing of chemical and biological agents, and also (likely) to better solar cells, LED displays, and TV screens.

In the new research, light of different colors was ‘trapped’ at different positions of a nanostructured area, by using nanostructures designed specifically for this function. Specific to the nanostructure’s geometry, a ‘trapped’ rainbow “could be created on a gold film that has the dimension on the order of a few micrometers — about 100 times smaller than the width of a human hair.”

Professor Anatoly Zayats explains: “Nanostructures of various kinds are being considered for solar cell applications to boost light absorption efficiency. Our results mean that we do not need to keep solar cells illuminated at a fixed angle without compromising the efficiency of light coupling in a wide range of wavelengths. When used in reverse for screens and displays, this will lead to wider viewing angles for all possible colors.”

The primary difference between natural rainbows and these artificial rainbows is that the researchers can actually control where and in what order the colors appear, simply by altering the nanostructures’ parameters. And in addition to this, they can also separate colors to appear on different sides of the nanostructures.

Co-author Dr Jean-Sebastien Bouillard says: “The effects demonstrated here will be important to provide ‘color’ sensitivity in infrared imaging systems for security and product control. It will also enable the construction of microscale spectrometers for sensing applications.”

“The ability to couple light to nanostructures with multicolour characteristics will be of major importance for light capturing devices in a huge range of applications, from light sources, displays, photo detectors and solar cells to sensing and light manipulation in optical circuits for tele and data communications.”

The new research is published in Nature’s Scientific Reports.

Fonte: Solar Love

Nano-Flowers Could Help Create Next-Gen Energy Storage & Solar Cells

Nano-flowers, newly created structures composed of germanium sulfide (GeS), have the potential to open the door to next-generation solar cells and energy storage devices. These ‘flowers’, created by researchers from North Carolina State University out of a semiconducting material, feature an enormous surface area, thanks to being covered in many extremely thin petals.

Image Credit: North Carolina State University

“Creating these GeS nanoflowers is exciting because it gives us a huge surface area in a small amount of space,” says Dr. Linyou Cao, an assistant professor of materials science and engineering at NC State and co-author of a paper on the research. “This could significantly increase the capacity of lithium-ion batteries, for instance, since the thinner structure with larger surface area can hold more lithium ions. By the same token, this GeS flower structure could lead to increased capacity for supercapacitors, which are also used for energy storage.”

The flower-shaped structures were created by researchers through a process that begins with heating GeS powder in a furnace so that it vaporizes. After that, the vapor gets blown into a cooler area of the furnace, “where the GeS settles out of the air into a layered sheet that is only 20 to 30 nanometers thick, and up to 100 micrometers long. As additional layers are added, the sheets branch out from one another, creating a floral pattern similar to a marigold or carnation.”

“To get this structure, it is very important to control the flow of the GeS vapor,” Cao says, “so that it has time to spread out in layers, rather than aggregating into clumps.”

GeS behaves similarly to graphite, settling into structurally organized layers and sheets. It’s considerably different than graphite with regards to its atomic structure though, GeS is an excellent material for creating solar cells, very effective at converting solar energy into electricity. GeS also happens to be relatively inexpensive and is non-toxic, another huge plus when it comes to solar cells. Currently, many of the manufacturing processes used by solar cell producers are ‘expensive’ and make use of toxic materials, though there have been continuing improvements in these areas the last few years.

The research paper, called “Role of Boundary Layer Diffusion in Vapor Deposition Growth of Chalcogenide Nanosheets: The Case of GeS,” was just published in the journal ACS Nano.

Fonte: Solar Love

Cooperação Brasil - Eslovênia

Eslovênia planeja cooperar com Brasil em CT& e Espaço

José Monserrat Filho *

A Eslovênia é um pequeno grande país no Leste da Europa, vizinho da Áustria ao norte, da Hungria à leste, da Croácia à leste e ao sul, e da Itália e do Mar Adriático a oeste. Tem 20.273 km², mais de dois milhões de habitantes, um PIB estimado em US$ 48 milhões e um PIB per capita de cerca de US$ 25,6 mil, o que lhe confere o confortável 29º lugar neste ranking.

De história milenar, a Eslovênia já fez parte do Império Romano, do Império Bizantino, da República de Veneza, do Ducado da Carantania, do Sacro Império Romano-Germânico, da Monarquia de Habsburgo, do Império Austríaco, do Império Áustro-Húngaro, do Reino dos Sérvios, Croatas e Eslovenos, do Reino da Iugoslávia e da República Socialista Federativa da Iugoslávia. Em 1991, conseguiu, enfim, tornar-se independente.

Sua capital, a bela Liubliana, com 272 mil habitantes, é a maior cidade do país. A Eslovênia é membro da União Europeia (UE) desde 2004, da Zona do Euro, da Organização para a Segurança e Cooperação na Europa (OSCE), do Conselho da Europa e da Organização do Tratado do Atlântico Norte (OTAN). A maior parte da população fala esloveno, do grupo de línguas eslavas. O húngaro e o italiano também são reconhecidas como línguas oficiais em áreas de fronteira.

Desenvolvimento científico e tecnológico – O avanço da Eslovênia em CT&I é destaque na Europa. O país conta com apreciável malha de Centros de Excelência (CEs), constituídos em sua maior parte com recursos da UE. Os CEs coordenam redes de pesquisa apoiadas nas mais renomadas instituições e em numerosas empresas eslovenas, tendo em vista a relevância conferida à orientação industrial e comercial das pesquisas científicas.

Os Centros de Excelência são nada menos de oito:

1) CE Materiais Polímeros (POLIMAT);

2) CE para Ciências e Tecnologias Espaciais (SPACE-SI);

3) CE para Nanociência e Nanotecnologia (Nanocenter);

4) CE para Materiais Avançados e Tecnologias do Futuro (NAMASTE);

5) CE para Abordagens Integradas em Química e Biologia das Proteínas (CIPKeBiP);

6) CE para Biosensores, Instrumentalização e Controle de Processos (COBIK);

7) CE para ressonância magnética e biologia sintética (EN-FIST); e

8) CE para Tecnologias de Baixo Carbono (CO NOT).

Apresentação dos Centros de Exclência – Recentemente, em 17 de dezembro, a Diretoria-Geral para a Diplomacia Econômica da Chancelaria da Eslovênia, promoveu, no Parque Tecnológico de Liubliana, uma grande apresentação de todos os Centros de Excelência, de suas avanços e os problemas que eles enfrentam hoje.

O evento foi presidido pelo Ministro da Educação, Ciência, Cultura e Esportes, Ziga Turk, e teve a presença do Conselheiro do Primeiro Ministro para a Diplomacia Econômica, Tone Kajzer. O Encarregado de Negócios do Brasil na Eslovênia, André Makarenko, participou do encontro e preparou um informe a respeito, que serviu de base para este texto.

O Ministro Turk enfatizou a competitividade da área científica e tecnológica do país e o grau de excelência atingido em vários nichos de pesquisa. Elogiou o alto nível de produtividade dos pesquisadores eslovenos, que têm uma das maiores taxas per capita de publicações de artigos científicos em todo o mundo. Mencionou também o caráter inovador das propostas da comunidade acadêmica e louvou a criação dos CEs que hoje reúnem a elite da C&T.

Eslovênia quer 3% do PIB para CT&I – O titular da Pasta da Ciência e Educação destacou ainda os esforços do atual governo para aumentar os investimentos em P&D, a fim de alcançarem 3% do PIB esloveno anual. A meta oficial é cobrir um terço desses investimentos com recursos públicos e promover, via inventivos fiscais, a participação de empresas privadas para responderem pelos dois terços restantes. As medidas de atração de investimentos para o setor compensariam, segundo o Ministro Turk, a relativa estagnação das verbas estatais, resultante da política de austeridade orçamentária defendida pelo Governo. A estratégia, além disso, contribuiria para aumentar a integração entre a ciência e a indústria.

O Ministro Turk reconheceu uma das falhas da política científica eslovena: o tímido impacto econômico dos investimentos em C&T. O fato é visível em muitos países, inclusive no Brasil, onde se tem feito um grande esforço para mudar a situação,

Incrementar a integração entre ciência e indústria – Ainda que a qualidade dos CEs da Eslovênia seja reconhecida mundialmente, essa conquista  ainda não se materializou em ganhos de competitividade industrial. Daí a prioridade atribuída pelo Ministro Turk à maior interação entre as comunidades científica e industrial. Os CEs seriam o  passo decisivo nessa direção. Comprovariam a viabilidade da ideia de converter a pequena e brava Eslovênia numa importante plataforma industrial de alta tecnologia bem no coração da Europa.

Internacionalização – Para tanto, disse o Ministro, é preciso ampliar o grau de internacionalização dos CEs. Ele lamentou que ainda são baixos os índices de baixos índices de mobilidade internacional dos cientistas eslovenos e de participação do capital estrangeiro em projetos de pesquisa na Eslovênia. E prometeu priorizar a criação de parcerias com centros de pesquisas no exterior e a formação de equipes científicas internacionais no país.

Além disso, considerando que os projetos com parceiros da UE já recebem financiamento da comunidade europeia, ele anunciou que passará a enfatizar o uso dos recursos próprios da Eslovenia no processo de internacionalização dos meios científicos dando prioridade a projetos desenvolvidos com instituições não-europeias.

Interesse pelo Brasil – Após as intervenções do Ministro Turk e dos dirigentes dos CEs, muitos deles procuraram o Encarregado de Negócios do Brasil para expressar interesse em cooperar com instituições brasileiras ou em estimular empresas “spin-offs” a atuarem no mercado nacional.

Representantes do NAMASTE (materiais polímeros) e do POLIMAT (materiais avançados e tecnologias do Futuro) integraram a missão eslovena de CT&I e de empresas que visitou São Paulo em junho passado. O NAMASTE já contatou a USP e busca aprofundar laços com institutos de química no Brasil. A POLIMAT está interessada em possível cooperação com a EMBRAPA. Seu primeiro “spin-off” seria um fertilizante de longa duração, a ser introduzido no mercado brasileiro.

Cooperação espacial – O Diretor do SPACE-SI contou ao Encarregado de Negócios do Brasil ter visitado várias vezes o Brasil, tendo encontros no INPE e na empresa binacional Alcântara Cyclone Space (ACS). E sublinhou de seu interesse de lançar micro satélites eslovenos a partir do Centro de Alcântara (CLA), no Maranhão, de envolver as instituições eslovenas em projetos binacionais com o setor espacial brasileiro, além de passar a receber, no centro esloveno de recepção de dados de satélites, imagens do novo Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres (CBERS-3), a ser lançado em 2013. Por tudo isso, é recomendável estabelecer um contato entre o SPACE-SI e a Agência Espacial Brasileia (AEB), visando um possível processo de cooperação.

Boas perspectivas Brasil-Eslovênia – A quantidade de patentes e projetos inovadores produzidos pelos CEs, em áreas prioritárias para o Brasil, como as listadas no Programa Ciência sem Fronteiras, reforça, segundo o Encarregado de Negócios André Makarenko, a percepção da Embaixada do Brasil em Liubliana de que parecem oportunas e importantes as iniciativas no sentido de ampliar e aprofundar os laços científicos, tecnológicos e industriais entre o Brasil e a Eslovênia.

* Chefe da Assessoria de Cooperação Internacional da Agência Espacial Brasileira (AEB)

Fonte: Agência Espacial Brasileira

Nanotechnology against acne

Nanotechnology is finding applications in the treatment of infectious and inflammatory diseases, particularly skin disease (see for instance: "Nitric oxide releasing nanoparticles for effective treatment of infections"). These applications work in one of two ways: utilizing nanomaterials that have inherent antimicrobial properties; or incorporating known therapeutics into nanoscale vehicles to enhance delivery and improve efficacy.

"An ideal approach to develop a topical therapy for microbial infection in skin would combine both," Dr "Adam Friedman, Assistant Professor of Dermatology and Director of Dermatologic research at the Montefiore-Albert Einstein College of Medicine, tells Nanowerk.

In new work, first-authored by Friedman, researchers at the Albert Einstein College of Medicine and University of California Los Angeles School of Medicine have developed a new nanoparticle platform using chitosan – a polysaccharide from the shells of crustaceans like crabs and shrimp – for the treatment of inflammatory skin diseases such as Acne Vulgaris.

In their paper published in the Journal of Investigative Dermatology ("Antimicrobial and Anti-Inflammatory Activity of Chitosan–Alginate Nanoparticles: A Targeted Therapy for Cutaneous Pathogens"), the team demonstrate that not only were these nanoparticles effective at killingProprionobacterium acnes, the gram positive bacteria associated with acne, they inhibited the damaging inflammation that result in the large, painful lesions associated with inflammatory acne.

Scanning electron microscopy, showing a chitosan-alginate nanoparticle measuring 226 nm after being exposed to water. (Image: Dr. Friedman, Albert Einstein College of Medicine)

Acne is one of the most common dermatologic diseases affecting between 40-50 million people each year. While best known as bothersome part of puberty, affecting approximately 75% of teenagers, acne can persist or even first start during adulthood, causing emotional and physical distress as well as permanent disfigurement.

Topical therapies for acne, including benzoyl peroxide, salicylic acid, topical antibiotics such as clindamycin, and retinoids all suffer from various related side effects including irritation, redness, peeling and scaling, bacterial resistance, and resulting discoloration from the associated irritation in patients of darker skin types. These adverse events often serve as major limiting factors influencing patient compliance and ultimately impacting efficacy.

"Nanotechnology has tremendous potential in the field of dermatology for both cosmetic and medical applications," says Friedman. "In fact, there are a vast number of over-the-counter products utilizing nano-vehicles to more effectively deliver active agents for skin rejuvenation and sun protection. Along these lines, we encapsulated benzoyl peroxide in our chitosan-alginate nanoparticles for the purpose of improving both its activity and importantly, tolerability, as an anti-acne agent."

He explains that, in order to synthesize nontoxic, biodegradable, and biocompatible nanoparticles (,< 50 nm) that can be used for the treatment of cutaneous infections, the team chose a derivative of the biostructural crustacean shell polymer chitin – chitosan – along with the well-known thermally stable gelling agent, alginate.

The antimicrobial activity of chitosan is well-established and has been used as a preservative for food packaging to prevent spoilage. It has also been evaluated as a component for antimicrobial textiles used in clothing for health care workers.

"We have found that the nanoparticles themselves have antimicrobial activity not only against P. acnes, but also against Methicillin Resistant Staphylococcus aureus and Escherichia coli, again highlighting the broad value of this platform," says Friedman.

"Our paper demonstrates that chitosan-alginate nanoparticles can not only be utilized as a delivery tool but have inherent antimicrobial and anti-inflammatory properties which could be useful for other therapeutic applications," says Dr. Jenny Kim, Associate Professor of Dermatology, Chief of Dermatology at the Greater Los Angeles Healthcare System Veterans Affairs, and senior author of the paper. "This is an exciting finding with clinical relevance as development of novel therapeutics using chitosan-alginate nanoparticles could potentially be useful for the treatment of acne and other infectious and inflammatory skin diseases."

By Michael Berger. Copyright  Fonte: Nanowerk Spotlight

Nanoparticules : premier pas vers une traçabilité

Depuis le 1er janvier, les fabricants, importateurs et distributeurs de nanoparticules doivent déclarer à l'Agence nationale de sécurité sanitaire les quantités et les usages de ces matériaux.

L'année 2013 marque un tournant dans le secteur des nanoparticules en France : depuis le 1er janvier, lesfabricants, importateurs et distributeurs ont l'obligation de déclarer chaque année leurs quantités et usages à l'Agence nationale de sécurité sanitaire (Anses).

Dans un contexte de réglementation européenne en construction, la France s'avère pionnière sur cette question. Alors que l'utilisation des nanoparticules est de plus en plus courante, leur encadrement spécifique reste en effet quasi absent. La commission européenne considère que le règlement Reach permet un cadre suffisant pour gérer les risques liés aux nanomatériaux.

Certaines de ses annexes devraient cependant être modifiées pour mieux prendre en compte les "nano" et l'Agence européenne des produits chimiques (Echa) pourrait élaborer de nouvelles orientations pour les enregistrements après 2013.

Socle de l'édifice, la définition harmonisée au niveau européen n'a été rendue publique qu'en octobre 2011. Elle considère comme nanoparticule "un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d'agrégat ou sous forme d'agglomérat, dont au moins 50% des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm". Ce texte pourrait toutefois être révisé d'ici décembre 2014, en fonction du retour d'expérience et des nouvelles données scientifiques.

Prévue par la loi Grenelle 2, l'obligation de déclaration est encadrée par deux décrets et un arrêté.

Se basant sur la définition européenne, la réglementation française impose aux acteurs du secteur de fournir une première déclaration sur leurs nanoparticules avant le 1er mai 2013. Celle-ci, relative à l'année 2012, pourra être réalisée sur un site Internet dédié et sécurisé.

Les informations sur l'identité et les usages doivent ensuite être mises à la disposition du public six mois après la date limite de déclaration.

Le secret industriel comme porte de sortie

Si ce premier pas semblait indispensable, de nombreuses critiques émergent. Tout d'abord, concernant la définition des nanoparticules, la taille limite supérieure est jugée comme trop restrictive : au-delà de 100 nm, les particules sortent du champ des "nano".

Ensuite, le Comité scientifique des risques sanitaires émergents européen préconisait un seuil largement inférieur à celui adopté : selon lui, 0,15% - et non 50% - des particules qui constituent un matériau doivent être comprises entre 1 et 100 nm.

Enfin, les acteurs du secteur pourront s'abriter derrière le secret industriel pour limiter la portée publique des informations déclarées : un décret prévoit la possibilité pour les déclarants de demander à ce que les informations restent confidentielles lorsque leur diffusion pourrait porter atteinte au secret industriel et commercial.

Dorothée Laperche

Fonte: Actu-Environnement

Tratamento de câncer e outras doenças ganha impulso com a nanotecnologia

Por Samuel Antenor

Grupo de Fotobiologia e Fotomedicina
da USP em Ribeirão Preto testa inovações que
utilizam nanomedicamentos com a
aplicação de luz sobre tumores (NIH)

A nanotecnologia, utilizada na medicina para diferentes tratamentos de saúde, tem se tornado indicada para o combate a doenças que vão do câncer de pele ao mal de Parkinson e de Alzheimer, graças ao desenvolvimento de novas técnicas para sua aplicação.

Uma série de pesquisas realizadas pelo Grupo de Fotobiologia e Fotomedicina do Centro de Nanotecnologia e Engenharia Tecidual da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo (USP), em Ribeirão Preto, tem resultado em diferentes possibilidades de tratamento, viáveis técnica e economicamente.

Várias dessas inovações, que utilizam nanomedicamentos em conjunto com a aplicação de luz sobre os tumores, foram apresentadas por Antonio Claudio Tedesco, coordenador das pesquisas, durante o evento “Fronteras de la Ciencia – Brasil y España en los 50 años de la FAPESP.

O simpósio integra as comemorações dos 50 anos da FAPESP e reuniu, de 10 a 14 de dezembro, nas cidades de Salamanca e Madri, pesquisadores do Estado de São Paulo e de diferentes instituições de ensino e pesquisa do país ibérico.

Nas pesquisas apresentadas por Tedesco, destacam-se as que utilizam partículas metálicas nanoestruturadas para a melhoria de diagnósticos feitos por imagens, além da construção de próteses de alta eficiência, parte delas envolvendo células-tronco voltadas para a aplicação na engenharia tecidual, para regeneração de vasos sanguíneos, por exemplo.

“A nanotecnologia, com o desenvolvimento de novos sistemas de veiculação de fármacos, tem permitido que moléculas antes usadas para o tratamento de determinados tipos de patologias possam ser redesenhadas e utilizadas com novas funções”, disse à Agência FAPESP o pesquisador que coordena um Projeto Temático sobre o tema apoiado pela FAPESP.

De acordo com Tedesco, a combinação de fotoprocessos utilizando nanotecnologia à administração de fármacos, de maneira intravenosa ou tópica, é realidade para tratamentos de cânceres de pele, que em 80% dos casos não são melanômicos, ou seja, podem ser tratados por essa terapia. O mesmo tipo de tratamento, no entanto, não se aplica ao melanoma que, por ser uma lesão pigmentada (de cor escura), absorve todos os comprimentos de onda luminosa visível.

“Normalmente, com uma única aplicação, em 98% dos casos a doença desaparece, sem cirurgia e dispensando tratamentos como radioterapia ou cirurgia. O custo desse tratamento é muito baixo, equivalente a R$ 70 a cada três aplicações, o que o torna uma opção viável para ser aplicado nesse tipo de neoplasia”, disse Tedesco.

O material desenvolvido pelo laboratório na USP de Ribeirão Preto está patenteado desde 2002 e abrange, além da molécula, também seu processo de aplicação.

“Desenvolvemos um fármaco clássico nanoestruturado, o ácido aminolivulínico e seus derivados, ambos aprovados pelo FDA [Food and Drug Administration], órgão responsável por sua aprovação nos Estados Unidos. Esse mesmo tipo também é aprovado e utilizado na Europa e Japão”, disse.

Atualmente, já existem fármacos de segunda e terceira geração para esse tipo de aplicação aguardando o uso em fase clínica.

Histórico abrangente

Na área de oncologia, as pesquisas do Centro de Nanotecnologia e Engenharia Tecidual da USP surgiram especificamente com a utilização de fotoprocessos, aliados à nanotecnologia como forma de veicular essas moléculas e provocar sua interação com as células neoplásicas de forma sítio-específica, ou seja, com ação direta sobre o tumor.

“No caso de neoplasias, usamos pigmentos [moléculas naturais ou sintéticas] ativados pela luz visível, que se distribuem por todas as células, garantindo que as células cancerosas possam ter um acúmulo maior dessa molécula, que é o objeto desse tipo de fotoativação. Com a nanotecnologia, a tecnologia farmacêutica passou a contar com vários sistemas que permitem aumentar a especificidade da partícula que carrega o fármaco para a célula neoplásica”, disse Tedesco.

De acordo com o pesquisador, um percentual de células sadias acaba marcado durante o processo, que só funciona terapeuticamente quando há conjunção com a fotoativação luminosa.

“A luz é aplicada após o tempo de biodistribuição do fármaco na lesão, que varia para cada tipo de tumor e molécula usada e desencadeia a ação da molécula, produzindo uma grande quantidade de radicais livres num curto espaço de tempo”, disse.

Esse choque de radicais livres é o que leva, segundo apontam as pesquisas, a uma resposta biológica, que ocorre na chamada fase escura, após a iluminação, que acontece em um tempo muito curto.

Com as novas gerações de moléculas, que se instalam mais rapidamente na lesão, o tempo necessário para a ação do tratamento também está diminuindo. De fato, trata-se de uma série de eventos bioquímicos, fotoquímicos e fotobiológicos que leva, em última instância, à destruição da massa tumoral.

O processo envolve a aplicação da medicação seguida da aplicação de luz exatamente sobre o tumor, para a fotoativação do medicamento. Segundo Tedesco, a técnica é segura, porque mesmo se um tecido saudável absorver parte da molécula veiculada não haverá qualquer alteração, pois a molécula, sem a posterior aplicação de luz, acaba biodegradada.

Em oncologia, a nanotecnologia abriu uma nova frente de veiculação de fármacos, embora, para Tedesco, o uso sistêmico da nanotecnologia aliada a fotoprocessos ainda esteja em fase inicial em novas áreas.

“Estamos iniciando os estudos para aplicações desse procedimento em órgãos como bexiga, próstata e útero, ou seja, em órgãos que permitem a iluminação por cavidade”, disse.

Possibilidades de tratamento

Em sua exposição em Salamanca, outros focos de pesquisa também foram apresentados por Tedesco, como o estudo das doenças do sistema nervoso central, no qual o grupo da USP em Ribeirão Preto está atualmente focado.

“Desenvolvemos um sistema proteico polimérico para veiculação que permeia a barreira hematoencefálica, o que abre novas possibilidades, pois essa barreira é extremamente seletiva. Com esse sistema, há um reconhecimento da proteína e a barreira se abre, permitindo que o fármaco incorporado penetre no cérebro”, disse.

O conhecimento sobre nanotecnologia e fotoativação em oncologia está agora sendo direcionado pelo grupo de pesquisas ao estudo de outras doenças, como Alzheimer e Parkinson.

“Neste momento, buscamos desenvolver novos desenhos nanométricos para fármacos clássicos para o tratamento do mal de Parkinson, em conjunto com a Santa Casa de São Paulo e a Universidade de Brasília, e para o tratamento da epilepsia, em conjunto com a Universidade Federal de São Paulo”, contou Tedesco.

A técnica também está sendo usada para a regeneração de vasos sanguíneos, pois áreas que desenvolvem tumores fazem com que os vasos ao seu redor tornem-se mais porosos.

“Em casos de angiogênese, quando o vaso cresce em direção ao tumor, precisamos desenvolver sistemas nanoestruturados antiangiogênicos para o restauro do vaso. Essas alterações, que debilitam os vasos pelo crescimento do tumor, fazem com que o medicamento usado nos tratamentos por quimioterapia ou fototerapia seja extravasado e não chegue à massa tumoral, daí a necessidade de regeneração dos mesmos”, disse Tedesco.

Além de impedir o crescimento de vasos em direção ao tumor, a técnica permite restaurar os vasos porosos, fazendo com que o medicamento quimioterápico chegue ao tumor com exatidão, além de possibilitar sua remoção cirúrgica de forma mais segura.

“A nanotecnologia funciona na veiculação dos fatores antiangiogênicos (peptídeos e proteínas), que são a mesma classe de moléculas que aportamos no desenvolvimento de sistemas de veiculação de fármacos usados no tratamento de doenças do sistema nervoso central, ou seja, tudo está relativamente interrelacionado”, explicou.

A novidade está na parte da engenharia tecidual. “A partir do momento em que conseguimos entender como a luz visível, em combinação com o fármaco veiculado de forma nanoestruturada, modula a resposta tecidual, podemos fazer com que aquele tecido apresente um processo de cicatrização mais rápido, ou que uma pele implantada em um paciente que sofreu queimadura passe a ter uma integração mais rápida com o tecido que a recebe, que é essa nova linha de fotobiomodulação”, disse Tedesco.

Desse modo, o mesmo fármaco, em doses menores e com diferentes tempos de aplicação da luz, levaria à regeneração do tecido, ou seja, pode-se acelerar o fechamento cicatricial utilizando o mesmo tratamento utilizado para o câncer.

“Estamos entendendo como funciona a fotobiomodulação, porque é um modelo extremamente complexo”, disse Tedesco.

Apesar das novas aplicações, a base da pesquisa continua a mesma: a nanotecnologia aliada ao uso da luz visível e do fármaco fotossensível, em busca de respostas moduladas. Nessa linha de trabalho, a mais recente incursão do grupo de Tedesco é a pesquisa que envolve células-tronco, na qual se busca modular processos de diferenciação celular.

“A nanotecnologia e o fotoprocesso estão se tornando ferramentas para ampliar as possibilidades de tratamento. A ideia agora é discutir cooperações internacionais para avançarmos nessas pesquisas e suas aplicações”, disse Tedesco. 

Fonte: Agência Fapesp

Top Tools and Technologies for 2012

GEN recently asked scientists for their opinions on what they considered the most important tool, technology, technique, or technical advance to be introduced during 2012. The results are now in. Here is "GEN Ten Top Life Science Tools and Technologies for 2012."

Top Tools and Technologies for 2012
Digital PCR offers absolute rather than relative detection and quantification of nucleic acids by first splitting up a sample into numerous individual real-time PCR reaction experiments. Third-Generation Sequencing directly reads a single DNA molecule to obtain a clearer view of genomic organization and content, as compared to earlier generations of sequencers. Gene Editing permits a more detailed study of gene function and opens up the doors to novel approaches to gene therapy through the use of transcription activator-like effector nucleases (TALENs). Nanopore Sequencing carries out the electronic analysis of single DNA molecules and is adaptable for studies of RNA, proteins, small molecules, and other molecules. Noninvasive Imaging is imaging technology with applications in drug discovery and development and comes with the benefit of not destroying or injuring healthy cells, blood vessels, tissues, or organs. High-Resolution 3D Mapping uses photographic or microscopic technologies combined with advances in imaging, computer techniques, and image-processing software to map structures like chromosomes to better understand their architecture. Diatom Frustules: research is going on to improve the shape and structural properties of diatom frustules (silica shell) for applications in drug delivery devices and biosensors. Big Data: In a world where we create over two quintillion bytes of data every day, global leaders in academia, industry, and government are grappling with the problem of how to organize, store, evaluate, share, and protect this vast amount of information. New analytic and cloud-based solutions are being developed.  Crowd Sourcing: As an approach to distributed problem solving, this is a way to address the big data issue. Steric Exclusion Chromatography uses polyethylene glycol to induce adsorption of biological target molecules on a hydrophilic nonionic surface. Selectivity is size-based, with larger targets binding more strongly than smaller contaminants. Its main application is for vaccine purification.

Fonte: GEN