Nanotechnolgy and medical area.

NANOTECNOLOGIA E ÁREA MÉDICA
Grégory Svetlichny
Drº em Ciência dos Materiais/UFRGS

 O que é nanotecnologia?
 Aplicações da nanotecnologia
 Escala nanométrica
 Nanotecnologia e área médica
 Diagnóstico
 Terapêutica
 Nanomedicina
 Técnicas antimicrobianas
 Nanotecnologias do futuro
OBJETIVOS

O QUE É NANOTECNOLOGIA?
 Conjunto técnicas / ferramentas
– Estudos / interação
• Fenômenos particulares em escala
nanométrica
– Leis da física ≠ dimensões macroscópicas
»composto idêntico
• Propriedades novas/específicas
19/02/2019 © Grégory Svetlichny

APLICAÇÕES DA
NANOTECNOLOGIA

ESCALA
NANOMÉTRICA

• 1 nanômetro = 10-9 m
• Nano = anão
• ± distância entre 2 átomos
Ø 2 nm
Ø 30-200 nm
conforme
vírus

REPRESENTAÇÃO DAS
NANOPARTÍCULAS (NP)
Material do « núcleo »
 Corante
 Fluoroforo
 Molécula terapéutica
 Quantum Dot
 Lipídios
 Metais
 Materiais magnéticos
 Polímeros biológicos

Cápsula
 Corante
 Fluoroforo
 Quantum Dot
 Lipídios
 Metais
 Polímeros biológicos  Peguilação
 Fosfolipídios
 Matriz protéica

Cápsula
Molécula biológica
 Corante
 Fluoroforo
 Quantum Dot
 Lipídios
 Metais
 Polímeros biológicos  Peguilação
 Fosfolipídios
 Matriz protéica
 DNA ou RNA
 Anticorpos
 Hormônios
 Fator de crescimento
 Enzima
 Aglutininas

FUNÇÕES DAS NANOPARTÍCULAS
ESCALA
NANOMÉTRICA
PROTEÇÃO
TRANSPORTES
DETECÇÃO
DIRECIONAMENTO
AÇÃO
TERAPÊUTICA
ATIVÁVEL
LIBERAÇÃO

NANOTECNOLOGIAS
NA ÁREA MÉDICA

 Dinâmica  saúde / medicina / biologia
 Biologia regida por fenômenos moleculares
• Nanotecnologias  área promissora
• Elaboraração estruturas moleculares
o Tratar / reconstituir tecido / órgão
o Ferramentas  miniaturizar dispositivos 
melhor diagnóstico in ou ex vivo

BENEFÍCIOS À SAÚDE

 Redução da escala  vantagens
• Aplicações da nanotecnologia
o Produtos de saúde
 Benefícios diversos
• Tecnologia usada
• Aplicação
o Tipo de nanoelemento

BENEFÍCIOS
1. DIAGNÓSTICO
2. TERAPÊUTICA

DIAGNÓSTICO

 Melhoria da especifidade
 Melhoria do desenpenho: sensibilidade, deteção, rapidez
 Detecção precoce de patologia
 Confiabilidade dos resultados
 Miniaturização dos dispositivos
 Estabilização dos biocomponentes
 Redução do consumo dos reagentes para as análises  $
 Novas tecnologias de imageamento mais eficazes

 DOENÇA
• Fenômenos biológicos  escala molecular
• Sintomas  resultado tardio

 DESENVOLVER ANÁLISES
• Estudo dos fenômenos / escala nanométrica
• Prevenção
• Diagnóstico precoce

 ANÁLISE MÉDICA
• Verdadeira revolução
oDesenvolvimento de "microarrays" 
"laboratório de bolso"

DIAGNÓSTICO IN VITRO

 "DNA microarray"
• Nível de expressão dos genes
o Rastreio de alto rendimento miniaturizado
o Amostra biológica "patológica" Vs referência "normal"
o Natureza de um microrganismo ou uma anomalia
genética
• Placas de vidro/plástico/silício  sondas 
sequências de DNA marcado  resultados
simultâneos

 "Cellular microarray"
• = "DNA microarray"  análises moléculas
o Sondas = proteínas/ anticorpos/ enzimas/ lipídios
• Observação da reação biológica
- Fixação das células por interação
- Resposta celular

DIAGNÓSTICO IN VIVO

 Imageamento ≠ técnicas  controle produtos de contraste
• NP  alternativa agentes atuais
o Fluoretos orgânicos / isótopos radioativos
• Melhoria da resolução
o Especificidade e Tolerância
• Outras perspectivas  estudo dinâmico
o Tecido normal / Patológico
• NP fotoluminosas-proteínas  certas células 
ligação aos alvos  ativação fotoluminescência

Imagem multiespectral em 2D-"Imagem por Reflectância de
Fluorecência" da biodistribuição de NP

 Nanotubos de carbono (NTC)-anticorpos 
células tumorais no sangue
 Óxido de grafeno-anticorpos  células cancerosas
• Nível baixo: 3 a 5 células/ml de sangue

 NT de carbono  gel injetado 
 "Nanorods“ de ouro funcionalizados 
detecção precoce de proteínas  na disfunção
renal  mudança de cor dos "Nanorods"
PERMITE MEDIR
A INFLAMAÇÃO
FUNCIONOU 1 ANO

TERAPÊUTICA

 Melhoria da eficácia dos medicamentos
 Diminuição dos efeitos segundários
 Diminuição da toxicidade
 Diminuição da quantidade de fármaco a cada tomada
 Alvejamento das terapias
 Novos mecanismos de ação
 Maior biocompatibilidade com a engenharia tecidual

ENTREGA DE FÁRMACOS

SISTEMAS DE ENTREGA
 NP (poliméricas, lipídicas, …)
 Nanotubos (NT)
 Nanovetores de terapia gênica

 Houston: NP de silicone  células tumorais
 University of Illinois: NP de gelatina  tecidos cerebrais
 Massachusetts Institute of Technology: NP
• Proteção da vacina
• Mucosas
• Resposta imunologíca
 “Matriz-esponja” NP ativadas  nível de glicose
 liberação dos ions H  permeabilização da matriz  liberação
da insulina
 NP  enzimas  bloqueio na reprodução molecular de
virus circulantes

 "Nanoesponjas" = NP revestidas polímero
• Células sanguíneas  absorção/remoção toxinas
 Lente revestida com Nanotubos de carbono
• Conversão da luz laser  ondas sonoras
• Possível destruição dos tumores sem danificar o
tecido saudável

 NP-bismuto
• [ ] radiação da radioterapia  dose para o
tumor em 90%
 NP de Carbono-PEG
• Absorção eficácia >> proteínas
 NT-anticorpos
• Câncer de mama  proteínas  acumulação
NT no tumor. Luz infravermelha absorvida
pelos NT  calor  tumor

IMPLANTES ATIVOS
 Restauração da visão
 Próteses auditivas
 Controle da função motriz

NANOMEDICAMENTOS
 Aquecimento de NP
 Agentes fotossensibilizadores  Fotodinâmica
 Quimioterapia / Radioterapia

CIRURGIA
 Cirurgia pouco invasiva
 Cirurgia oftálmica

MATERIAIS IMPLANTÁVEIS
 Modificação / revestimento de superfície
 Substitução óssea
 Engenharia tecidual

NANOMEDICINA

O QUE É A MEDICINA REGENERATIVA?
 Objetivo de substituir ou de reparar
• Células
• Tecido
• Órgão lesionado

NANOBIOMATERIAIS
 Nanotecnologia  materiais
• Propriedades estruturais = in vivo

NANOBIOMATERIAIS
 "Bioinspirados"  superfície  crescimento
celular via reconhecimento molecular
 Nano fibras de carbono  substrato 
desenvolvimento tecidual / reservatório
terapêutico
 Associação de metais
• Funções anti-infecciosas
• Propriedades estruturais

NANOENGENHARIA
TECIDUAL

• Reconstrução após fratura
• Enchimento após ressecção óssea/
colocação de uma prótese
Ossos e
cartilagens
• Reconstrução parcial miocárdio (infarto)
• Reconstrução venosa/ arterial
Coração e vasos
sanguíneos
• Doenças neurodegenerativas
• Restauração tecidual após AVC
Sistema
nervoso central
• Reconstrução após úlceras
• Cicatrização de feridas
Pele

VANTAGENS
 Melhor biocompatibilidade dos transplantes
combinando células autólogas /
nanobiomateriais
 Multiplicidade das funções dos
nanobiomateriais
 Maiores conhecimentos dos mecanismos
celulares / teciduais

DESVANTAGENS
 Pesquisa células-tronco embrionárias
 Produtos de degradação
• Metabolização nanobiomateriais
• Impacto  organismos / meio-ambiente

TÉCNICAS
ANTIMICROBIANAS

 NP-ouro e luz infravermelha
 limpeza instrumentos
 "Quantum dots“
 NP-FeO revestidas com polímero
 infecções crônicas
 NCristais de prata  ferida
 NCápsulas-antibióticos  ferida
• Bactérias quebram NC  liberação
 NP-ON  creme de NP-ON em
abscessos de estafilococo
BACTÉRIAS

 Microbívoros: fagócitos mecânicos artificiais
• Nanorobô: 610 bi de átomos estruturais + 15 bi de
moléculas O2 + 135 bi de moléculas H2O.
• C: 3,4 µm / Ø: 2 µm  capilares humanos: Ø 4 µm
Vtotal: 12 µm3. 2 câmaras: Vtotal: 4 µm3

 Microbívoros: fagócitos mecânicos artificiais
• Fluxo digestão: 2 µm3/30 s
o Ativação: 1000 X rápidos > antibióticos
o Digestão: 80 X eficazes > macrófagos
• Sistema fagocítico
o Sítios de ligação reversíveis
o Braço telescópico
o Câmara de fragmentação
o Câmara de digestão

NANOTECNOLOGIAS
DO FUTURO

• Contribuições: personalização medicina
• Imunogenicidade importante
• Terapia com DNA/RNA  eficácia clínica
• Técnicas  biomateriais com bio-analogia 
engenharia tecidual  medicina regenerativa
• Bio-inspiração: conhecimentos fenômenos
mecânicos na escala nano  novas tecnologias
tais como as nano-máquinas

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