Como as partículas ninja funcionam

Criados e nomeados por pesquisadores da IBM e do Instituto de Bioengenharia e Nanotecnologia de Cingapura, esses invasores minúsculos podem resolver dois problemas que afligem a medicina moderna: bactérias resistentes a antibióticos e biofilmes . Na primeira frente, metade dos pacientes hospitalizados nos Estados Unidos sofre de infecção hospitalar por bactérias resistentes a medicamentos, segundo algumas estimativas, e as infecções por essas bactérias estão se tornando cada vez mais difíceis de tratar [fonte: Liu ]. Superbactérias, como Staphylococcus aureus resistente à meticilina causadora de infecções e Escherichia coli, desenvolveram uma resistência aos antibióticos tradicionais. Como resultado, cientistas e médicos estão sendo forçados a buscar opções alternativas de tratamento para matar essas bactérias. Em segundo lugar, os biofilmes que se formam nas superfícies dos dispositivos médicos também representam um grande problema. À medida que essas substâncias pegajosas carregadas de bactérias revestem cateteres e outros implantes médicos, os dispositivos se tornam um veículo para transportar bactérias para o corpo.

Digite a partícula ninja. No estilo ninja clássico, essas minúsculas partículas (1.000 vezes menores que um grão de areia!) podem um dia se infiltrar no corpo, caçar a bactéria agressora e matá-la de uma maneira que deixe o micróbio parecendo ter sido atacado com uma estrela ninja. Como seu homônimo, esta partícula é boa em seu trabalho. Ele se concentra em seu alvo e consegue deixar outras células ilesas. As partículas são igualmente habilidosas em eliminar biofilmes que se formam nas superfícies, fazendo com que essas pequenas forças ninjas sejam consideradas.

Continue lendo para saber mais sobre como essas partículas entraram no laboratório e o que elas podem fazer por nós.

1. O que é preciso para ser uma partícula ninja
2. Partículas Ninja Alvejam e Destroem
3. Benefícios do uso de partículas ninja para tratar infecções
4. Aplicações alvo de partículas ninja

Quando a pesquisadora Yi Yan Yang ouviu falar do trabalho que o químico Jim Hedrick estava fazendo na IBM em microeletrônica, ela imediatamente o abordou sobre uma colaboração, dizendo-lhe que seus avanços em pesquisa poderiam ser melhor utilizados na medicina. Desde então, sua parceria resultou no desenvolvimento de um grupo muito promissor de nanopartículas apelidado de "partículas ninja".

O sistema imunológico humano inspirou sua criação. Quando uma pessoa fica doente, seu corpo secreta peptídeos antimicrobianos . Essas moléculas que combatem bactérias procuram um micróbio, prendem-se a ele e o matam (essa última parte pode acontecer de algumas maneiras diferentes). Hedrick e Yang decidiram fazer uma partícula no laboratório que faria a mesma coisa.

A nanopartícula que eles criaram é feita de um tipo especial de polímero. Os polímeros são moléculas super longas e encadeadas. Os plásticos, por exemplo, são todos polímeros. A nanopartícula de polímero que Hedrick e Yang desenvolveram tem três partes que a tornam tão hábil em matar bactérias.

Com essas três partes, as partículas ninja demonstraram ser eficazes em matar Staphylococcus aureus (MRSA), E. coli e certos tipos de fungos resistentes à meticilina [fonte: Yang ]. Além disso, as nanopartículas podem ser usadas para revestir dispositivos médicos como cateteres, que são notórios pelo crescimento de biofilmes carregados de bactérias. O revestimento evita a formação de bactérias nas superfícies, reduzindo a chance de infecções em pacientes com esses dispositivos implantados.

Então, as partículas ninja são especialmente projetadas para atacar as bactérias e matá-las, mas como? O primeiro passo é encontrar as células bacterianas agressoras em um mar de células de mamíferos. É aqui que o princípio fundamental de "os opostos se atraem" se firma. A superfície das células bacterianas é mais carregada negativamente do que a das células de mamíferos. Para serem especificamente atraídas pelas células bacterianas, as partículas ninja devem ter a carga oposta – positiva. Eles acumulam essa carga positiva em sua superfície por meio de um processo chamado automontagem . Cada partícula é composta de muitos, muitos filamentos menores de polímeros. Esses polímeros se agrupam ou se automontam para formar pequenas bolas chamadas micelas. Devido às interações atrativas entre as diferentes partes da cadeia polimérica, essas micelas se formam naturalmente na água com a parte externa da bola revestida por uma carga positiva. E voila – a bola de carga positiva é naturalmente atraída pelo micróbio carregado negativamente.

Uma vez lá, a partícula ninja se liga à célula bacteriana. As porções carregadas positivamente da partícula que ajudaram a encontrar seletivamente as células bacterianas também atuam como agentes antibacterianos, abrindo buracos na parede celular. Esse processo, chamado lise da membrana , arruína a estrutura da célula, fazendo com que as entranhas da célula comecem a escorrer, sem esperança de recuperação. De fato, foi aí que os pesquisadores criaram o nome "ninja" para suas partículas. O método de matar de perfurar a parede da célula com buracos é semelhante ao que poderia acontecer se a célula fosse atacada com uma estrela ninja.

Uma das melhores partes desse processo é que as bactérias nunca têm a chance de desenvolver qualquer resistência. Os antibióticos funcionam paralisando seletivamente certas partes do mecanismo da célula, mantendo a maioria das características estruturais intactas. O método das partículas ninja, em contraste, é muito prejudicial fisicamente para a célula, e as bactérias não têm a oportunidade de desenvolver uma resistência potencial às partículas ninja [fonte: Nederberg et al ].

A vida útil das partículas ninja pode ser ajustada para que sejam capazes de matar as células bacterianas antes de serem mortas. Eventualmente, no entanto, as enzimas do corpo começam a degradar as partículas e elas se desfazem, com os pedaços menores resultantes sendo excretados pelo corpo [fonte: Hedrick ].

Com o movimento em direção a um mundo pós-antibiótico , os cientistas se esforçaram para encontrar tratamentos alternativos para a infecção que não envolvam antibióticos. O progresso foi feito com vírus chamados bacteriófagos , que sequestram a maquinaria interna da bactéria e a fazem explodir como um balão. Outro trabalho foi feito com toxinas produzidas por bactérias ( bacteriocinas ) para matar bactérias causadoras de infecções. Os avanços que mais se relacionam com as partículas ninja são as terapias envolvendo peptídeos catiônicos ou antimicrobianos. Essas moléculas também podem atingir bactérias seletivamente devido à atração oposta de cargas em suas superfícies. Seu método de matar as células bacterianas está enraizado na interrupção da comunicação entre as células [fonte: Borel ]. Essa terapia, no entanto, tem sido atormentada por vários problemas: toxicidade para células saudáveis ​​não bacterianas (por exemplo, células de mamíferos podem se romper e liberar seu conteúdo); meia-vida curta in vivo (não duram muito no corpo) e altos custos de fabricação [fonte: Nederberg et al ].

As partículas ninja resolvem muitos desses problemas. São compatíveis com o sangue, apresentando uma toxicidade mínima ou nula para os glóbulos vermelhos; são estáveis ​​o suficiente para permanecerem eficazes in vivo; biodegradam facilmente e são ordens de magnitude mais baratas de fazer. As partículas ninja não são as únicas bactérias que combatem as partículas por aí. Pesquisadores de todo o mundo têm feito progressos semelhantes desenvolvendo outras pequenas moléculas com propriedades antimicrobianas ou criando abordagens baseadas em nanopartículas para a entrega de medicamentos [fontes: Zhu e Gao ]. Essas partículas se juntam a uma comunidade crescente de terapias baseadas em nanopartículas. As nanopartículas são usadas em aplicações medicinais, como imagens médicas (como ressonância magnética) e no tratamento de uma ampla gama de doenças, como câncer e AIDS .

As partículas ninja têm o potencial de causar um enorme impacto em nossas vidas. Sua capacidade demonstrada de procurar e matar bactérias resistentes a antibióticos significa que um dia poderemos vê-las na forma de uma droga injetável. Os pesquisadores continuam a coletar dados sobre a eficácia e toxicidade (ou falta de toxicidade, na verdade) dessas partículas. Depois de concluir seus testes, as empresas farmacêuticas podem intervir para fazer testes em humanos que monitoram como essas partículas combatem infecções bacterianas dentro do corpo.

Fora do corpo, podemos começar a ver partículas ninja usadas como desinfetantes e para impedir a formação de biofilme. As bactérias que compõem os biofilmes são muito boas em se proteger. Muitos sprays no mercado têm dificuldade em romper as camadas protetoras de um biofilme para desinfetar superfícies. As partículas ninja, por outro lado, são capazes de erradicar bactérias nesses biofilmes em contato, proporcionando uma ótima maneira de limpar dispositivos médicos ou até mesmo superfícies de preparação de alimentos.

Essas nanopartículas também podem entrar em nossos produtos de cuidados pessoais, essencialmente em qualquer lugar onde não queremos o acúmulo de bactérias. Eles podem ser usados ​​para revestir lentes de contato ou colocados como aditivos em coisas como enxaguatórios bucais, desodorantes e detergentes. Eles podem até ser usados ​​em sistemas de purificação de água . As bactérias ruins estão por toda parte, e essas partículas ninja estão prontas para encontrá-las e destruí-las.

Nota do autor: Como funcionam as partículas ninja

É o melhor quando algo que tem um nome legal realmente faz jus ao seu nome. E as partículas ninja são tão impressionantes quanto o nome indica. Enquanto escrevia este artigo, adorei imaginar essas partículas percorrendo furtivamente o corpo, encontrando as bactérias ruins e abrindo-as. Esta pesquisa é tão promissora; Mal posso esperar para encontrar essas partículas no mercado. A única parte que me deixa triste é que, quando um dia eles fizerem isso em nossos produtos de cuidados pessoais ou em nossos medicamentos, não poderei percorrer os ingredientes e ver "partículas ninja" listadas. Infelizmente, acho que a FDA e outras organizações reguladoras podem exigir seus nomes químicos reais. Que pena.

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