A revolução tecnológica invisível da nanotecnologia e a saúde

Um notável avanço tecnológico em diferentes áreas se deu nos últimos anos. Especificamente na área da Saúde, as inovações foram, por exemplo, em telemedicina, mapeamento genético, desenvolvimento de medicamentos, tratamentos personalizados – como terapia gênica e anticorpos monoclonais –, estudos com células tronco que podem permitir a aplicação em regeneração celular e tecidual, cirurgia robótica e, ainda, os dispositivos vestíveis (wearable) para monitoramento da saúde, como os smartwatches e pulseiras fitness. Outra ferramenta disponível é a impressão 3D, que pode e deve ser aperfeiçoada com a possibilidade de criação de órgãos e próteses. Considerável avanço também pode ser observado na área de nanotecnologia, possibilitando a comercialização de medicamentos nanoestruturados. 

Embora estes imensuráveis avanços tenham contribuído para elevar a qualidade e a expectativa de vida das pessoas, a humanidade enfrenta hoje crises com interfaces, como a escassez de água em algumas regiões, solos empobrecidos que comprometem a produção de alimentos e a segurança alimentar, qualidade do ar e poluição ambiental, e a dificuldade de tratamentos de muitas infecções em decorrência do desenvolvimento de superbactérias que são resistentes aos tratamento com os antibióticos comercialmente disponíveis. 

Soluções que possam resolver ou minimizar esta situação exigem uma abordagem ampla e que integre a saúde humana, animal e ambiental – princípio central da Saúde Única. Nesse contexto, a nanotecnologia é uma ferramenta multifacetada que oferece diversas técnicas para a concepção e criação de materiais em escala nanométrica, com aplicação em nosso cotidiano. 

Nanotecnologia e história dos nanomateriais 

Em termos simples, a nanotecnologia refere-se à manipulação e ao desenvolvimento de materiais em escala nanométrica, ou seja, estruturas com dimensões entre 1 e 100 nanômetros (nm). Para se ter uma melhor compreensão, um fio de cabelo humano tem cerca de 80 mil nm de espessura. Nessa escala, as propriedades dos materiais podem se comportar de forma radicalmente diferente, conferindo novas funções químicas, ópticas, elétricas e mecânicas que não existem na escala macroscópica. 

O conceito de nanotecnologia assim como suas aplicações têm recebido um amplo destaque nas últimas décadas. Ao longo da história da ciência, poucas áreas de estudo despertaram tanto fascínio, debate e expectativa. Ainda que o prefixo “nano” remeta à ideia de algo moderno e futurista, a verdade é que a nanotecnologia não começou nos laboratórios contemporâneos. Apesar da sofisticação e robustez das pesquisas e tecnologias atuais, a origem do uso de nanomateriais remonta a milênios, como um saber ancestral. 

Os nanomateriais sempre estiveram entre nós, seja na poeira de um vulcão ativo que pode conter nanopartículas de sílica, óxidos metálicos e de enxofre, ou no brilho enigmático de um objeto produzido na era romana do século IV, como a bem conhecida taça de Licurgo. De acordo com a incidência da luz, a cor deste cálice varia entre o verde e o vermelho vibrante. Esse fenômeno ocorre pela impregnação do vidro com nanopartículas coloidais de prata (AgNP) e de ouro (AuNP) finamente moídas até o tamanho de 50 nm, e pela presença de uma dispersão de cobre pelo vidro. Essas transformações acontecem porque, quanto menor o objeto, maior a proporção de átomos expostos em sua superfície, o que aumenta a reatividade, a interação com o ambiente e o comportamento biológico. 

Os artesãos do mundo antigo, ainda que sem o conhecimento científico da modernidade, foram os pioneiros no uso de nanopartículas. Contudo, a ciência retomou essa trilha somente no século XIX. O primeiro relato de um estudo sistemático na área de nanotecnologia se deve ao físico britânico Michael Faraday, que em 1857 relatou a síntese de uma suspensão coloidal de AuNPs. Em 1889, M. C. Lea relatou a síntese de coloides de prata, e posteriormente, em 1897, surgiram os primeiros produtos com nanopartículas metálicas, como o Collargol — um composto de prata usado para tratar infecções em animais. Porém, estes e outros materiais, embora com tamanhos e características de nanopartículas, foram classificados como “coloides”, pois o termo “nanopartícula” só ganharia força na segunda metade do século XX. 

A menção específica ao conceito de nanomaterial foi introduzida inicialmente pelo cientista Richard Zsigmondy, que recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1925. Algumas décadas depois, no ano de 1959, o físico norte-americano Richard P. Feynman propôs em seu discurso, no encontro anual da Sociedade Americana de Física, a possibilidade da manipulação de átomos e moléculas para produzir materiais e dispositivos em pequena escala. Embora esse discurso seja considerado, por muitos, como um marco para o surgimento da nanotecnologia, foi somente em 1974 que o cientista japonês Norio Taniguchi definiu nanotecnologia como “o processo de separação, consolidação e deformação de materiais átomo por átomo, ou molécula por molécula”. 

Desde então, a área nanotecnológica cresceu vertiginosamente. Dentre os avanços, podem ser citados a descoberta dos fulerenos (Nobel de Química, 1996), os estudos sobre o grafeno (Nobel de Física, 2010) e as máquinas moleculares (Nobel de Química, 2016). Esses importantes marcos revelam o potencial dos nanomateriais na construção de novos paradigmas tecnológicos, com aplicações que estendem desde energia renovável, diagnósticos, medicamentos, até em agricultura e na produção de alimentos, contribuindo de forma integrada para a promoção da Saúde Única. 

Da bancada ao cotidiano 

Atualmente, os nanomateriais estão presentes em centenas de produtos que são usados de forma quase imperceptível em nossas rotinas diárias. As propriedades físico-químicas dos nanomateriais favorecem a indicação para diferentes funções, como na composição de produtos para revestimentos e tintas, cosméticos, eletrodomésticos, plásticos e borracha, tecidos funcionais, equipamentos esportivos, alimentos, agricultura e produtos farmacêuticos. O formato e o tamanho dessas nanoestruturas são características relevantes que podem interferir em sua funcionalidade e, portanto, podem ser adequadamente funcionalizados para ajustes nas propriedades de interesse. 

Segundo dados do repositório de produtos nanotecnológicos mantido pelo Observatório da União Europeia para os Nanomateriais (EUON), mais de 1.300 itens comerciais com nanocomponentes estão disponíveis no mercado global, com destaque para nanopartículas de prata e ouro, óxidos metálicos (como de titânio, silício e zinco) e lipossomas. Essas nanopartículas são utilizadas, principalmente, pelas propriedades antimicrobiana, antiodor, desodorizante, impermeabilizante, de resistência mecânica, respirabilidade e anti-inflamatória. As aplicações são amplas e variam desde o uso em purificadores de água e embalagens de alimentos, até em curativos hospitalares e roupas esportivas. Como pode ser observado, muitos desses produtos têm impacto direto em setores da Saúde Única. 

Aplicações de nanomateriais na área médica 

Uma das áreas mais promissoras da nanotecnologia é a área da saúde. As nanopartículas de prata, por exemplo, são eficientes no combate a bactérias resistentes a antibióticos – uma das maiores ameaças atuais à Saúde Pública. Essas nanopartículas atuam sobre as membranas celulares dos patógenos, liberando íons que interferem em processos vitais, como a respiração e a replicação do DNA. Essas nanopartículas têm sido aplicadas em tecidos funcionais com propriedade antimicrobiana, máscaras, cremes e até em embalagens para frutas, proporcionando maior durabilidade por inibir a proliferação de fungos e bactérias. 

Além da ação direta contra infecções, os nanomateriais podem ser utilizados para a entrega controlada de fármacos (drug delivery) em estruturas como lipossomas e nanopartículas poliméricas para carrear compostos ativos até o local de ação, possibilitando a otimização da dosagem e a redução dos efeitos adversos. Um exemplo interessante é o Doxil®, que é uma versão lipossomal da doxorrubicina, antitumoral usado no tratamento de diversos tipos de câncer. Por ter uma formulação bem elaborada, o Doxil® apresenta menor toxicidade cardíaca e menos efeitos adversos, como náuseas e queda de cabelo. 

As aplicações, em um espectro amplo, contribuem direta ou indiretamente para melhor qualidade de vida, resultando em melhoras na saúde humana e animal. Esse caráter transversal da nanotecnologia reforça sua relevância como ferramenta para a Saúde Única, ao viabilizar soluções que atendem simultaneamente as esferas da área médica, veterinária e ambiental. A nanotecnologia ainda oferece benefícios ao meio ambiente por possibilitar a produção de nanomateriais por processos ecologicamente sustentáveis (eco-friendly), reduzindo o descarte de resíduos tóxicos na natureza. Neste contexto, a nanotecnologia é uma ferramenta versátil que poderá ser cada vez mais utilizada para atender o princípio central de Saúde Única. 

Novas fronteiras no diagnóstico 

Na área de diagnósticos, a nanotecnologia é uma ferramenta versátil que permite análises não invasivas. As propriedades óticas, magnéticas e catalíticas dos nanomateriais podem ser modificadas e/ou ajustadas para permitirem diferentes modos de detecção. Os pontos quânticos (quantum dots), por exemplo, são nanocristais semicondutores que pelas propriedades óticas e elétricas emitem luz em diferentes cores. Essa característica pode ser funcionalizada pela utilização de biomarcadores como anticorpos, peptídeos ou outras moléculas que podem ter afinidades específicas para o local de interesse ao diagnóstico, proporcionando imagens de alta resolução e maior precisão na detecção precoce de alterações celulares. Esses avanços ampliam as perspectivas e o potencial de transformar o diagnóstico médico, oferecendo maior sensibilidade, versatilidade, eficácia e rapidez. 

Nanomateriais na agricultura e sustentabilidade 

Nanopartículas metálicas, como as de prata, zinco e cobre, têm ação antimicrobiana e inibem o crescimento de microrganismos que causam infecções em humanos, animais e plantas. Em decorrência dessa propriedade, essas nanopartículas têm sido estudadas e funcionalizadas para um possível e seguro uso no contexto da Saúde Única. Além do combate a microrganismos, na agricultura, esses nanomateriais podem também ser empregados para o combate a pragas e insetos. 

Na agricultura, outra abordagem consiste no uso inovador em processos para a germinação de sementes até os estágios finais de processamento de alimentos. Em sementes são explorados o potencial de aumento da viabilidade e da resistência a doenças, assim como o aumento da absorção de nutrientes, que proporciona melhor germinação e crescimento da planta. No caso de plantações adultas ou maduras, os nanomateriais podem atuar com precisão como sistemas de entrega de fertilizantes, nutrientes (Nitrogênio, Fósforo e Potássio), pesticidas e reguladores de crescimento, aumentando a eficácia dos produtos e reduzindo o desperdício. 

No processamento de alimentos, a nanotecnologia contribui para melhor preservação. Nanomateriais, como embalagens e sensores inteligentes, já comercialmente disponíveis, auxiliam no controle de qualidade, reduzindo as perdas pós-colheita e estendendo a vida útil dos alimentos. 

Esses diferentes e amplos aspectos, facultam a otimização da utilização dos nanomateriais no decurso da produção agrícola antes, durante e após a colheita. Práticas convencionais aos poucos serão substituídas. Como consequência, há maior sustentabilidade com aumento no rendimento da produção, com maior densidade na composição de nutrientes e redução do desperdício. Alimentos com melhor qualidade nutritiva propiciam melhor qualidade de vida e maior longevidade. 

Com o crescente aumento da população global e de demandas para garantir mais segurança alimentar e preservação ambiental, a integração da nanotecnologia na agricultura pode assegurar benefícios relevantes para a Saúde Única. Essa abordagem pode minimizar os impactos ambientais e promover o aumento da produção. Desafios agrícolas e alimentares, antes vistos como complexos, podem ser amenizados por inovações nanotecnológicas, desencadeando aprimoramentos nessas indústrias críticas. 

Desafios da nanotecnologia e perspectivas 

Nos últimos anos, o avanço da nanotecnologia é notório. Ao transformar o invisível em funcional, a nanotecnologia redefine os limites do que é possível. Do passado ancestral à fronteira do amanhã, essa ciência molda um novo capítulo da relação humana com a matéria, e dos fatores inerentes à própria vida com a Saúde Única. Embora ofereça múltiplas perspectivas de aplicações em diferentes áreas, a nanotecnologia também suscita relevantes questões éticas, ambientais e regulatórias. O impacto do uso de nanomateriais está sendo amplamente estudado, mas ainda não há um consenso geral em nível global. O impacto para a Saúde Única deve ser avaliado de forma integrada considerando todos os atores envolvidos. A diversidade de formas, tamanhos, composição dos tipos de nanomateriais e dos processos de produção, dificultam a comparação dos efeitos terapêuticos, a toxicidade e ecotoxicidade, assim como a definição de doses eficazes e tóxicas. Para se estabelecer um consenso, debates, iniciativas e esforços têm sido empreendidos por grupos de trabalho e agências regulatórias de vários países, no sentido de definir regras assertivas para o uso consciente dos nanomateriais. Agências regulatórias ao redor do mundo – inclusive no Brasil – têm buscado construir diretrizes para o uso responsável desses materiais, equilibrando inovação com precaução. 

Eva Alice da Silva Pinheiro é graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), com formação em Biologia Molecular e Microbiologia. Mestranda pelo Programa de Pós-Graduação em Anatomia dos Animais Domésticos e Silvestres da Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade de São Paulo (USP), com projeto de pesquisa na área de nanomateriais, no Laboratório de Desenvolvimento e Inovação do Instituto Butantan. 

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Luiz Gustavo Ribeiro é biotecnologista pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo (USP), com estágio na Universidade de Cornell, nos Estados Unidos. Pós-doutorando do Laboratório de Desenvolvimento e Inovação do Instituto Butantan, atuando no desenvolvimento de nanomateriais, como nanopartículas metálicas e hidrogéis para aplicação em saúde, agricultura e meio ambiente.  

Ana Olivia de Souza é farmacêutica, doutora em Ciências, com pós-doutorado pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (USP) e estágios na Universidade do Estado da Louisiana (LSU) e Universidade da Pensilvânia (Uppen) nos Estados Unidos. Atua como pesquisadora no Laboratório de Desenvolvimento e Inovação do Instituto Butantan, e como docente do Programa de Pós-Graduação em Anatomia dos Animais Domésticos e Silvestres da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da USP e do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia do Instituto de Ciências Biológicas (USP, Instituto Butantan e Instituto de Pesquisas Tecnológicas). 

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Referências 

Lindsay SM. Introduction to Nanoscience. Oxford University Press, USA, 2010. 

Vijayamma R, Kalarikkal N, Thomas S. Nanostructured Materials for Biomedical Applications. Elsevier, United Kingdom, 2024. 

Wahab A, Muhammad M, Ullah S, Abdi G, Shah GM, Zaman W, Ayaz A. Agriculture and environmental management through nanotechnology: Eco-friendly nanomaterial synthesis for soil-plant systems, food safety, and sustainability. Science of The Total Environment, 2024, 926, 71862. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171862.