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Nanobiotecnologia: rompendo barreiras | Colunista

Nanobiotecnologia: rompendo barreiras | Colunista

A nanotecnologia como ciência tem o objetivo de controlar o tamanho e forma de vários tipos de materiais, de forma que eles alcancem a escala de 100 nm ou menos. Essa escala de tamanho permite que esses materiais desenvolvam propriedades elétricas, magnéticas e ópticas excepcionais, podendo operar como nanopartículas inteligentes e multifuncionais no campo médico, biomédico e farmacêutico dentre tantos outros.

Embora as nanopartículas sintéticas já mostrem muitas aplicações e benefícios hoje, historicamente sua produção e utilização eram acompanhadas, em alguns casos, pela criação de subprodutos agressivos ao ambiente, e seu uso nas ciências da saúde limitado devido a riscos toxicológicos e de efeitos colaterais.

Nanobiotecnologia ou nanotecnologia verde se refere ao aumento de sustentabilidade ambiental dos processos de produção e utilização de nanopartículas, a fim de minimizar custos e potenciais riscos fisiológicos e ao ambiente.

A nanotecnologia verde pode ajudar a resolver problemas se conduzida de forma a abranger os princípios da ciência verde, utilizando menos recursos não renováveis, produzindo menos poluição possível, utilizando níveis mais baixos possíveis de energia, sem despedícios. O principal objetivo de usar fontes verdes para produzir nanomateriais é empregar fontes naturais para resolver problemas ambientais além de e minimizar a toxicidade do produto final.

Nanoestruturas derivadas de plantas

Entre as fontes biológicas usadas na síntese de nanoestruturas, as plantas são candidatos populares pois produzem uma grande diversidade de fitoquímicos bioativos como alcalóides, glicosídeos, flavonóides, taninos, terpenóides, resinas, açúcares, vitaminas e fitoestrogênios. Diferentes partes da planta podem ser utilizadas na biossíntese de nanopartículas incluindo caules, frutas, raízes, calosidades, cascas, sementes, flores e folhas.

O uso de plantas como recursos para produção de nanocarreadores mostra uma infinidade de benefícios como: alto rendimento, condições suaves de reação, procedimentos de trabalho simples, uso de solventes não tóxicos como água, além de evitar o uso de materiais mais caros, tóxicos, altas temperaturas e pressões. Outro benefício das nanoestruturas derivadas de plantas é sua bioatividade aumentada em comparação com aquelas produzidas por vias não ecológicas.

Nanopartículas baseadas em compostos fitoquímicos

A associação entre ciência e natureza é facilitada pela presença de grupos químicos de plantas que possuem atividade farmacológica significativa.

Os fenóis são metabólitos secundários que protegem a planta contra insetos, fungos, vírus e bactérias. Eles são a maior categoria de fitoquímicos, incluindo mais de 8000 compostos encontrados em diversas fontes vegetais. Os flavonoides estão entre os compostos fenólicos mais importantes e variados, e suas atividades estão associadas a presença de grupos funcionais ligados ao “núcleo flavon básico” (dois anéis aromáticos interligados por um anel heterocíclico de 3 átomos de carbono).

Esses metabólitos vegetais afetam a saúde humana e animal por suas propriedades antioxidantes, ação estrogênica, e atividade farmacológica, principalmente antimicrobiana. Nanopartículas ecológicas fenólicas, especialmente à base de flavonoides, atuam como biorredutores e agentes antioxidantes, e demonstram ampla possibilidade de aplicação em diferentes aspectos da ciência, medicina e tecnologia.

Nanopartículas à base de proteínas

Biomacromoléculas naturais como as proteínas são uma alternativa às proteínas sintéticas utilizadas na produção de nanopartículas devido à sua segurança.

As principais propriedades envolvidas na produção desses tipos de nanobioestruturas são interações eletrostáticas, reconhecimento molecular e interações proteína-proteína onde polímeros hidrofóbicos são associados a proteínas hidrofílicas para formar conjugados anfifílicos de proteína-polímero, capazes de gerar vesículas em soluções aquosas ou emulsões de característica anfipática.

A presença de grupos funcionais orgânicos das proteínas, tais como amina, carboxila, e grupos tiol podem influenciar fortemente as características da superfície das nanoestruturas sintetizadas em termos de sua biodistribuição, carga de fármaco e estabilidade. Nanopartículas derivadas de proteínas naturais são biodegradáveis, biocompatíveis, metabolizáveis ??e facilmente passíveis de modificações de superfície
para permitir a fixação de alvos ligantes e fármacos.

Nanopartículas à base de polissacarídeos

Polissacarídeos são polímeros renováveis e biodegradáveis que podem ser utilizados para formar nanopartículas com características termomecânicas adequadas para substituir materiais convencionais. Esses tipos de biopolímeros apresentam grande diversidade em termos de estrutura e propriedades devido à ampla gama de pesos moleculares e produtos químicos presentes em sua composição.

Nanopartículas poliméricas produzidas a partir de polímeros naturais demonstram boa estabilidade e facilidade de modificações em sua superfície além de outras propriedades como boa acessibilidade, estabilidade, segurança e hidrofilicidade, que os tornam boas opções principalmente para o direcionamento de fármacos.

Os grupos reativos de polissacarídeos, especialmente grupos hidrofílicos, permitem modificações químicas e bioquímicas para aprimorar algumas características das nanopartículas, como por exemplo a bioadesividade. Alguns dos biopolímeros à base de polissacarídeos mais comumente usados ??em nanotecnologia são o alginato, quitosana, ácido hialurônico, pectina, amido e celulose.

Nanopartículas à base de lipídios

Vários fármacos se apresentam como um desafio para a ciência médica pela sua baixa solubilidade aquosa e consequentemente baixa biodisponibilidade. Uma das soluções possíveis para esse problema é o empacotamento desses ativos em nanocarreadores lipídicos.

Nanopartículas à base de lipídios como lipossomas, niossomas e esfingossomas são produzidas à partir de compostos naturais, mas sua preparação demanda tempo, altos investimentos e o uso de solventes orgânicos incompatíveis com o ambiente fisiológico, o que resulta em impactos ambientais.

Uma nova abordagem para a preparação desses nanosistemas lipídicos é a utilização de um tipo natural de lipídio bioativo, o cardanol. Cardanol é um recurso renovável e de fácil obtenção, a partir da casca da castanha do caju. Ele é um composto fenólico e suas cadeias lipídicas apresentam variações de versões saturadas e insaturadas, que podem ser usadas para prever seu comportamento anfifílico em meio aquoso.

Aplicação e benefícios das nanopartículas verdes

A nanotecnologia tem potencial para melhorar todos os setores industriais, desde o campo médico, biomédico e farmacêutico, até as engenharias químicas, de energia e automação. Uma abordagem sustentável à nanotecnologia pode, de alguma forma, trabalhar para a prevenção de futuros problemas ambientais através da produção de nanoestruturas seguras e produtos que forneçam soluções para problemas ambientais.

A nanobiotecnologia promove a síntese de nanomateriais mais ecológicos e nanoprodutos sem uso de ingredientes tóxicos, a baixas temperaturas, utilizando menos energia e mais insumos renováveis sempre que possível. Essa abordagem já produz nanomateriais sintetizados de forma ecológica e que atuam na limpeza de resíduos tóxicos, dessalinização de água e tratamento/monitoramento de poluentes ambientais, além de células combustíveis e baterias.

A utilização de plantas para produção de nanoestruturas apresenta muitas vantagens e está se desenvolvendo de forma rápida, tanto por ser uma fonte renovável de recursos, quanto por suas propriedades atóxicas e biocompatíveis. Já é possível encontrar estudos utilizando nanosistemas verdes ou nanobiotecnologia nas áreas de entrega controlada de ativos (bioativos, fármacos, genes, RNA), engenharia de tecidos, na indústria cosmética e de alimentos.

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Referências

Mahmoud Nasrollahzadeh, Mohaddeseh Sajjadi, S. Mohammad Sajadi and Zahra Issaabadi, Green Nanotechnology, Interface Science and Technology, Vol. 28. 2019 Elsevier Ltd.

Verma, A.; Gautam, S.P.; Bansal, K.K.; Prabhakar, N.; Rosenholm, J.M. Green Nanotechnology: Advancement in Phytoformulation Research. Medicines 2019, 6, 39.

Maksimovi? M., Omanovi?-Mikli?anin E. (2017) Towards green nanotechnology: maximizing benefits and minimizing harm. In: Badnjevic A. (eds) CMBEBIH 2017. IFMBE Proceedings, vol 62. Springer.

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