Uma descoberta de pesquisadores do CNPEM (Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais) revela que a interação de nanomateriais com
proteínas e biomoléculas provenientes de bactérias pode alterar o comportamento
e a toxicidade de nanomateriais, como o óxido de grafeno.
O estudo, conduzido pela Francine Côa durante sua pesquisa de
doutorado, sob orientação do pesquisador Diego Martinez, do CNPEM, investigou
como biomoléculas da bactéria E. coli interagem com o óxido de grafeno e
modificam seus efeitos toxicológicos no organismo modelo C. elegans
(nematóide isolado de solos). Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na
revista Nanoscale
Advances.
O óxido de grafeno é um material avançado que vem sendo amplamente
explorado para aplicações tecnológicas e industriais; como baterias de
carregamento rápido e dissipadores de calor para smartphones, no reforço de
ligas metálicas, catalisadores, embalagens especiais e plásticos para as
indústrias automotiva e aeroespacial, no desenvolvimento de sensores e
biossensores e até em equipamentos esportivos, purificação de água e novos
medicamentos. A crescente e diversificada gama de aplicações do óxido de
grafeno reforça a importância de compreender seu comportamento e seus efeitos
biológicos e ambientais de maneira proativa e responsável.
A escolha da E. coli está diretamente relacionada ao modelo
experimental em estudo: essa bactéria é utilizada como alimento do C.
elegans. Durante a digestão, as células bacterianas são rompidas e liberam
biomoléculas que podem interagir com nanomateriais presentes no organismo. A
pesquisa investigou se essas biomoléculas seriam capazes de formar uma camada
sobre o óxido de grafeno,a chamada “ecocorona”, e, com isso, modificar sua
toxicidade e biodistribuição.
Os resultados mostraram que essa interação pode produzir efeitos
distintos. Quando recoberto pela ecocorona de E. coli, o óxido de
grafeno apresentou menor toxicidade quando avaliado isoladamente. No entanto,
quando o material revestido (coronado) foi combinado com íons metálicos (prata),
o efeito foi oposto, com aumento da toxicidade e do acúmulo do metal nos
organismos.
“A E. coli é utilizada como alimento do C. elegans,
então procuramos entender se as biomoléculas provenientes da bactéria durante a
digestão poderiam interagir com o óxido de grafeno e modificar sua toxicidade.
Observamos que a formação da ecocorona reduz os efeitos tóxicos do material
isolado, mas, na presença de metal, o efeito foi oposto, com aumento
significativo da toxicidade e do acúmulo do metal”, explica Francine Côa, e que
atualmente atua na área de segurança de produtos na indústria farmacêutica.
Para os pesquisadores, esses resultados reforçam que avaliar a segurança de um nanomaterial apenas em sua forma “pura” pode não ser suficiente para determinar seus impactos e riscos. Em sistemas biológicos e ambientais esses nanomateriais entram em contato com bactérias, proteínas, sais, metais e outras substâncias que podem alterar significativamente seu comportamento e seus efeitos. Para os pesquisadores, entender essas interações “nanobio” é fundamental para acelerar a inovação e desenvolver produtos cada vez mais seguros e sustentáveis.
“Nossos resultados reforçam a importância de desenvolver
estudos laboratoriais integrados com cenários de exposição mais realísticos.
Nanomateriais não permanecem inalterados após serem liberados no ambiente: eles
sofrem transformações e interagem com diferentes componentes químicos e
biológicos e essas interações precisam ser consideradas durante a avaliação de
seus benefícios e riscos”, explica Diego Martinez, pesquisador do CNPEM e
orientador da pesquisa.
Os resultados da pesquisa do CNPEM foram publicados em agosto na
revista Nanoscale Advances. Para entender o fenômeno, os pesquisadores
produziram uma ecocorona a partir de biomoléculas extraídas de E. coli e
observaram como elas modificam as características do óxido de grafeno. Análises
físico-químicas mostraram alterações na topografia, na rugosidade, na
espessura, na composição química e na estabilidade do material em suspensão. A
análise proteômica identificou mais de mil proteínas diferentes aderidas na
superfície do material, evidenciando que a formação da ecocorona é altamente
complexa e dinâmica.
Efeito “Cavalo de Troia”
A descoberta mais surpreendente aconteceu quando os pesquisadores
combinaram o óxido de grafeno com íons de prata. As análises mostraram que a
formação da ecocorona aumentou significativamente a capacidade do óxido de grafeno
de se associar à prata. Esse resultado, somado ao maior acúmulo do metal
observado nos organismos, ajuda a explicar o efeito “Cavalo de Troia”
identificado no estudo.
Os efeitos foram observados em diferentes partes do C.elegans.
A combinação provocou alterações intestinais, neuronais e reprodutivas. Também
foi o tratamento que provocou mais destruição de células reprodutivas do
nematódeo, mesmo em concentrações mais baixas de prata.
Além dos efeitos observados, o estudo traz implicações para a
própria avaliação de segurança de nanomateriais. Como a E. coli é
rotineiramente utilizada como alimento em ensaios com C. elegans,
desconsiderar sua interação com os materiais testados pode influenciar a
interpretação dos resultados. Os achados reforçam a importância de considerar
essas interações no desenho e na interpretação de estudos de nanotoxicidade,
contribuindo para avaliações mais robustas durante a elaboração de protocolos,
normas técnicas e aspectos regulatórios.
Este estudo foi conduzido pelo CNPEM em colaboração com o Centro
de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo, grupo de C.
elegans da Universidade Federal do Pampa e o grupo de Nanociência Ambiental da
Universidade de Birmingham (Reino Unido), com apoio financeiro da CAPES, CNPq e
FAPESP.
CNPEM - Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais
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