O desenho representa nanopartículas de magnetita encapsuladas com lipossomas. O uso dessas partículas para a administração de medicamentos é uma das mais fascinantes aplicações da nanotecnologia (arte adaptada de A. Ito et al. Journal of Bioscience and Bioengineering, 100, 1-11, 2005).

Entre as incontáveis aplicações da nanotecnologia, uma chama a atenção pelo grau de genialidade envolvido na transferência de conhecimentos da física para a medicina. Refiro-me ao uso de partículas magnéticas – as nanopartículas, em especial – para a administração de medicamentos. A idéia é fantástica. Em vez de largar uma medicação circulando pelo corpo humano, com o risco de efeitos colaterais prejudiciais à saúde, que tal “grudar” a medicação em uma partícula magnética, injetá-la na veia e guiá-la com um ímã até o local da doença?

Aparentemente, o primeiro a colocar a idéia em prática em experimentos com animais foi K. Widder, na Universidade Northwestern, em Chicago (EUA), em 1978. Foi só a partir da década passada, no entanto, que a técnica foi largamente impulsionada, graças aos avanços da nanotecnologia.

Essencialmente, o nanoentregador de remédio é constituído por um núcleo magnético e por um envoltório cujas funcionalidades incluem o aumento da biocompatibilidade e a promoção de reações bioquímicas para a entrega da medicação. A preparação desses materiais exige habilidades multidisciplinares para definir e preparar as partículas magnéticas apropriadas, escolher e preparar o invólucro e o modo como os medicamentos serão incorporados. Finalmente, a tarefa exige ainda uma criteriosa investigação da reação dos seres vivos à invasão dos nanoentregadores de remédio.

Geralmente os farmacêuticos tratam dos materiais do invólucro, enquanto os médicos investigam a reação dos seres vivos. Aos físicos, químicos e engenheiros de materiais, cabe a preparação das partículas magnéticas. Dependendo do caso, tipos variados de compostos magnéticos e diferentes dimensões de partículas podem ser usados, sendo estas últimas na escala nanométrica.

Partículas de cobalto alinhadas com o auxílio de um pequeno campo magnético. O feito ilustra a impressionante capacidade atual de manipulação de nanopartículas (foto: G. Cheng, A.R. Hight Walker/NIST).

Embora as propriedades magnéticas de nanopartículas sejam conhecidas desde os anos 1940, quando o físico francês Louis Néel (1904-2000) descobriu o superparamagnetismo, a produção desses materiais só apresentou um nível de controle aceitável a partir dos anos 1980. Atualmente, temos à nossa disposição inúmeros métodos de produção e encapsulamento de nanopartículas magnéticas, com impressionantes controles de manipulação.

A imagem ao lado, obtida com um microscópio eletrônico de transmissão, mostra partículas de cobalto com diâmetro de aproximadamente 10 nm, alinhadas com o auxílio de um pequeno campo magnético – algo parecido com os ímãs de geladeira. A impressionante façanha foi realizada, em 2005, por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (Nist, na sigla em inglês), órgão norte-americano com função similar à do nosso Inmetro.

Combate ao câncer
Uma aplicação recente das nanopartículas magnéticas é seu emprego para promover a chamada hipertermia – termo que significa ‘elevação da temperatura’. O uso médico da hipertermia é tão antigo quanto a própria medicina. Entre as terapias para a cura do câncer, uma alternativa que vem sendo investigada desde os anos 1970 é o aquecimento do tumor a uma temperatura entre 42 e 45ºC. O problema é que essa temperatura é muita próxima daquela danosa para os tecidos saudáveis, de modo que a técnica exige um controle de temperatura quase impraticável.

Tais dificuldades foram parcialmente superadas com o uso de ultra-som, microondas, radiofreqüência e infravermelho. No entanto, todas essas técnicas são deficientes no que se refere ao fornecimento de alta potência de energia em tumores situados em locais menos acessíveis do corpo humano, sem que isso provoque a destruição de células saudáveis.

No início dos anos 1980, o uso de partículas magnéticas injetadas diretamente no tumor para promover a hipertermia passou a ser investigado. Inicialmente, isso foi feito com bastões magnéticos (com 1 milímetro de diâmetro e de 1 a 7 centímetros de comprimento). Vários materiais foram usados, entre os quais ligas de níquel e cobre, ferro e platina, paládio e cobalto.

A imagem obtida por ressonância magnética mostra um tumor cerebral maligno. O uso de nanopartículas magnéticas dirigidas para tratar tumores de difícil acesso como esse tem sido testado em vários laboratórios (foto: P. Gilbert / Univ. de Wisconsin-Madison)..

A forma como se dá o aquecimento é muito interessante. Existe mais de um modo pelo qual o calor é liberado pelas partículas magnéticas. Em primeiro lugar, uma corrente elétrica é induzida em qualquer material metálico quando este é imerso em uma região com um campo magnético oscilante. A quantidade de corrente é proporcional ao campo magnético e ao volume das partículas. À medida que a corrente circula, o material libera calor. Outros mecanismos de liberação de energia, baseados no processo de histerese, são mais importantes do que o mencionado acima, mas sua explicação está fora do escopo desta coluna. Embora a técnica funcione razoavelmente bem, ela apresenta vários inconvenientes, incluindo a necessidade de procedimentos cirúrgicos.

A alternativa mais recente surgiu com a nanotecnologia. Uma dispersão coloidal de nanopartículas magnéticas é injetada e dirigida ao local do tumor através de diferentes mecanismos. A distribuição no corpo humano pode ser acompanhada com imagens obtidas através de ressonância magnética. Essa tarefa é facilitada pelo caráter magnético do colóide.

Em 1998, foi demonstrado por uma equipe alemã de físicos, engenheiros e médicos que é possível atingir 60ºC em 15 minutos de tratamento com partículas de magnetita (Fe 3 O 4 ) submetidas a um campo magnético de 6,5 quiloamperes por metro, e que oscila a uma freqüência de 410 quilohertz. Resultados similares são relatados na literatura com outros materiais e com diferentes freqüências e intensidades de campos magnéticos.

A multidisciplinaridade que falta
Além de servir como entregadoras de remédio e como agentes de hipertermia, nanopartículas magnéticas vêm sendo largamente utilizadas como contrastes em exames de ressonância magnética. Como os locais nos quais as partículas magnéticas se concentram apresentam sinais de ressonância mais intensos, elas são capazes de promover um tipo de contraste muito útil quando se deseja obter a imagem de um tumor com alta resolução.

Essas técnicas dependem da precisa localização das partículas nos locais enfermos, algo que ainda desafia a inteligência dos pesquisadores da área. Por outro lado, várias pesquisas indicam que algumas partículas superparamagnéticas são, ao mesmo tempo, eficientes como contraste e como agentes térmicos, abrindo a possibilidade da preparação de um único dispositivo, capaz de detectar um tumor e subseqüentemente tratá-lo com hipertermia.

O curioso nessa história é que os pesquisadores dedicados à ressonância magnética têm pouca interação com aqueles dedicados à hipertermia. Não apenas são raras as equipes multidisciplinares, como também são raras as citações de uma comunidade aos trabalhos das outras. A situação não é diferente no caso brasileiro, como sugere o mapa brasileiro da nanofarmacologia. Uma maior cooperação entre pesquisadores desses dois campos pode acelerar a obtenção das nanopartículas magnéticas polivalentes.

Carlos Alberto dos Santos
Núcleo de Educação a Distância
Universidade Estadual do Rio Grande do Sul
23/11/2007