terça-feira, 3 de fevereiro de 2009

Possíveis aplicações dos nanorobôs na medicina sexual: um artigo de revisão

Hussein Ghanem, Mohamed Ghanem

RESUMO
A nanomedicina é uma área da pesquisa biomédica que tem por objetivo empregar os avanços da nanotecnologia para melhorar a saúde. A aplicação mais avançada da nanotecnologia que poderia alterar o curso da medicina para sempre, seria a introdução de nanorobôs altamente inteligentes como substitutos dos atuais macro-cirurgiões. Tais robôs não seriam maiores do que uma simples célula de bactéria e poderiam operar em nano-escala, manipulando moléculas, até mesmo átomos. Revemos as informações atuais disponíveis sobre nanomedicina, sua aplicação provável na Medicina Sexual, os desafios correntes e suas implicações possíveis sociais e éticas.

1 - INTRODUÇÃO
1.1 - Visão Geral da Nanotecnologia

O prefixo “nano” se refere a um-bilionésimo. Nanotecnologia é um campo emergente que lida com a criação e o uso de materiais ou aparelhos no nível das moléculas e átomos que são 1/1000nésimo de espessura do cabelo humano – muito pequeno para ser visto com um microscópio convencional de laboratório – e que requer contribuições de uma quantidade enorme de disciplinas de engenharia e de ciências naturais. Espera-se que haja um impacto revolucionário na medicina e na amplitude da ciência médica para incluir a engenharia médica (Rados 2005). Exemplos dos tamanhos relativos das estruturas do corpo em nanômetros são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1. Tamanho relativo em nanômetros (nm)
 

Estrutura

Tamanho em nm

 

Molécula da água

0,3

 

DNA (largura)

2,5

 

Membrana celular

8

 

Cabelo

100.000

A definição de Nanotecnologia mais aceita no mundo é: “a criação de materiais, aparelhos e sistemas funcionais por meio do controle da matéria na escala de nanômetro (1-100 nanômetros), e exploração de novos fenômenos e propriedades (físicos, químicos, biológicos) no alcance desta escala” (NNI 2006).

Ao desenvolver e utilizar a habilidade para construir produtos e aparelhos átomo-por-átomo e molécula-por-molécula, de acordo com a National Nanotechnology Initiative (NNI) (Iniciativa Nacional de Tecnologia) – um programa de desenvolvimento e pesquisa federal dos Estados Unidos – os cientistas criarão novas classes de materiais estruturais que, espera-se, trarão produtos mais leves, fortes, inteligentes, baratos, limpos e precisos (NNI 2006). Atualmente, as nanopartículas estão disponíveis em alguns tecidos, loções solares, cosméticos, comunicação, segurança e ‘drogas inteligentes’ que somente são ativadas mediante uma infecção viral deflagrada.

1.2 - Nanomedicina
A nanomedicina é uma área da pesquisa biomédica que tem por objetivo empregar os avanços da nanotecnologia para melhorar a saúde. Os cientistas esperam alcançá-lo na medida em que as propriedades físicas, químicas e biológicas dos materiais na nano-escala se diferenciem de modo fundamental e valioso em relação às propriedades das matérias em grande escala. A nanomedicina é definida como: “a monitorização, o reparo, a construção e o controle dos sistemas biológicos humanos no nível da molécula, usando nano-aparelhos e nano-estruturas” (Freitas 2002, Cavalcanti e Freitas 2005). Um exemplo do formato de um nanorobô é mostrado na Figura 1.

Figura 1.  Desenho de uma simulação computadorizada de nanorobôs 
(Cortesia de Adriano Cavalcanti www.nanorobotdesign.com)
 

Contact sensor (molecular sorting rotors)

Sensores de contato (rotores de seleção molecular)

 

propellers

propulsor

 

fins

alhetas

 

Acoustic sensors

Sensores acústicos

Por exemplo, a nanotecnologia poderia fornecer novas formulações e novas rotas para liberação de drogas em regiões do corpo antes inacessíveis, desta forma, ampliando seu potencial. Sensores minúsculos que detectam doenças no corpo, muito antes das ferramentas diagnósticas existentes, e explodem o tamanho das moléculas implantadas para liberar as medicações salvadoras de modo preciso onde sejam necessárias, estão entre as áreas de pesquisas promissoras. Elas poderiam caçar tumores cancerígenos e destruí-los, eliminar qualquer vírus do HIV encontrado, as possibilidades são infinitas. A Figura 2 apresenta uma simulação computadorizada da manobra de nanorobots para tecidos alvo.

Figure 2. Simulação computadorizada da manobra de nanorobots para tecidos alvo (Cortesia de Adriano Cavalcanti www.nanorobotdesign.com)
 

Organ inlets

Entrada nos órgãos

 

Obstacles

obstáculos

 

Nanorobots

nanorobôs

De acordo com o NNI, nos próximos 10 anos, são esperados desenvolvimentos nanotecnológicos mais poderosos, os quais poderão incluir soluções para restaurar e reorganizar células vivas (NNI 2006). No futuro próximo, as aplicações médicas mais significantes da nanotecnologia, provavelmente serão no desenvolvimento farmacêutico. Estas aplicações terão a vantagem de suas propriedades únicas de nanopartículas enquanto drogas ou componentes de drogas, assim como de sua designação em novas abordagens: liberação controlada, droga-alvo e resgate de drogas com baixa bio-acessibilidade (Thrall 2005).

Entretanto, a aplicação mais avançada da nanotecnologia que poderia alterar o curso da medicina para sempre, seria a introdução de nanorobôs altamente inteligentes como substitutos dos macro-cirurgiões de hoje. Tais robôs não seriam maiores do que uma simples célula de uma bactéria e poderiam operar em nano-escala, manipulando moléculas, até mesmo átomos. Como conseqüência deste trabalho em um ambiente de nano-escala, os nanorobôs poderiam ser capazes de operar muito mais precisamente do que os modernos cirurgiões e seus instrumentos grosseiros (pelo menos, comparados com a escala na qual esses robôs trabalham), reduzindo enormemente os riscos associados da cirurgia (Freitas 2002, Patel et al. 2006). Os cientistas acreditam, que por volta do ano de 2020, a nanotecnologia estabelecerá sua marca com produtos nanotecnológicos para todas as finalidades, comercialmente disponíveis e utilizados mundialmente.

2 - POSSÍVEIS APLICAÇÕES FUTURAS NA MEDICINA SEXUAL
Há muito, reconheceu-se que a ateroesclerose comprometendo o fluxo sangüíneo nas artérias cavernosas é uma causa significante de disfunção erétil (DE) (Michal 1982). A ateroesclerose também tem sido sugerida como a causa mais comum da DE vasculogênica. Os fatores de risco para a DE, compartilhados com a ateroesclerose, incluem: fumo, hipertensão, diabetes mellitus e dislipidemias, os quais têm desencadeado uma cascata de eventos que resultam nesta doença: dano endotelial, migração celular e proliferação do músculo liso (Sullivan et al. 2002). A cirurgia vascular para a DE tem sido limitada pelo tamanho e natureza tortuosa desses vasos. Estes poderiam ser alvos ideais para os nanorobôs (Freitas 2002, Patel et al. 2006).

Podemos hipotetizar o caso de um homem idoso com DE e ateroesclerose que parou de responder aos medicamentos orais erectogênicos (atualmente os inibidores de PDE-5), no momento presente, as opções seriam a farmacoterapia intracavernosa ou o implante de uma prótese peniana. A esperança é que com o desenvolvimento da nanotecnologia, nanorobôs seriam injetados para atravessar o corpo deste homem pela corrente sangüínea, quebrar os depósitos ateroescleróticos em suas artérias, não só reparando as artérias cavernosas como também, talvez, as coronárias e carótidas, e possivelmente o epitélio pulmonar.

Será que em algum dia poderemos aplicar uma injeção intracavernosa de ‘respirocitos’ que mantenha a oxigenação do tecido cavernoso, por diversas horas, nos casos de priapismo? Será que em algum dia os nanorobôs poderão ser programados para identificar e atacar o vírus HIV? Hoje, os engenheiros, com certeza, esperam isso.

3 - DESAFIOS ATUAIS
3.1 - Biocompatibilidade

Mais recentemente, a biocompatibilidade tem sido definida como “a sustentabilidade de dois sistemas ou classes de coisas distintas para serem mescladas ou reunidas sem resultados desfavoráveis” (Freitas 2006a). Por isso, para a longevidade no corpo, os nanorobôs devem ser programados para evitar o ataque dos leucócitos. Assim, um revestimento especial poderá ser usado para retardar as reações imunológicas.

As pesquisas com relação às superfícies adequadas dos nanorobôs têm sido focalizadas inicialmente no diamante ou substratos de diamante. Connie Che e Mark Gill (2000), do departamento de Farmácia Clínica da Universidade da Califórnia do Sul, enfatizam como “o revestimento de diamante é quase inteiramente inerte devido à sua superfície de energia extremamente alta e hidrofobicidade forte.

3.2 - Comunicação
A fim de que os nanorobôs sejam integrados na indústria médica com sucesso, técnicas de comunicação bem sucedidas devem ser alcançadas por meio da nano-eletricidade, assim como, da Engenharia Bioquímica. Métodos de comunicação em tão pequena escala apresentam diversos problemas e requerem extrema precisão técnica. Todavia, os progressos nesta área caminham rapidamente e as diversas teorias junto aos desenvolvimentos experimentais simples têm sido concluídas. A comunicação nanomédica deverá cobrir duas categorias principais: a) a comunicação dos nanorobôs com as entidades externas, médicos, computadores e máquinas; b) a inter-comunicação entre os nanorobôs.

Qualquer projeto de implementação bem sucedido deve preencher cada um desses requisitos, de outro modo, os nanorobôs não poderão ser controlados (Che e Gill 2000).

3.2.1 - Comunicação com entidades externas
Para começar, os engenheiros devem conceber um modelo que sirva para os dois sistemas de comunicação entre as entidades externas e os nanorobôs. Tanto os médicos (os médicos são considerados como entidades externas para simplificação) quanto os nanorobôs precisam ser capazes de enviar e receber mensagens de um modo ou de outro para a regulação bem sucedida e o controle dos procedimentos operacionais (Che e Gill 2000). Um médico necessitará ser capaz de receber uma informação a fim de acessar a situação da condição do paciente, antecipadamente, e ter certeza de que o nanorobô seguirá os procedimentos planejados depois de receber suas ordens.

3.2.2 - Comunicação entre nanorobôs (intercomunicação)
A cooperação e o trabalho em equipe é essencial para os nanorobôs. Para que eles coordenem tarefas complicadas, uns com os outros, a intercomunicação precisa ser de excelência (Che e Gill 2000). As cirurgias são um exemplo dessa necessidade complexa para o cuidado e a cooperação, que somente poderão ser executadas sob uma comunicação eficiente. Também deve ser observado que haverá inúmeros grupos de nanorobôs, cada um especializado em executar uma função específica. Eles poderão ser usados para monitorar as condições dos pacientes, reparar tecidos ou destruir patogenias. Para que um nanorobô saiba ‘o que’, ‘como’, ‘quando’ e ‘onde’ fazer, ele precisará receber sinais das superfícies externas e também de outros robôs. A Figura 3 apresenta uma simulação computadorizada de uma interação entre nanorobôs.


Figura 3. Simulação computadorizada da interação de nanorobôs (Cortesia de Adriano Cavalcanti)

A intercomunicação pode ocorrer de diversos modos, tais como batidas e vibrações entre nanorobôs, ondas acústicas ou liberação de moléculas químicas (como sinais). A comunicação química, parece ser o método mais bem sucedido, uma vez que é o meio no qual as células biológicas se comunicam umas com as outras.

3.3 - Técnicas de Montagem 
Espera-se que os projetos em andamento de motores, sensores e eletrônicos em escala molecular permitam a produção de robôs microscópicos com dimensões comparáveis às bactérias. Para que os nanorobôs tenham suas aplicações práticas e reais, confiáveis e eficientes, as técnicas de montagem da nanorobótica precisam ser implementadas. Correntemente há dois métodos de construção sob investigação rigorosa, montagem posicional e auto-montagem (Freitas 2000).

3.3.1 – Montagem posicional
A montagem posicional é um método de alta precisão para o desenvolvimento de nanorobôs. Envolve a utilização de processos e ferramentas em escala nano para construir objetos, aparatos e sistemas no nível molecular. As ferramentas atuais em desenvolvimento incluem o braço robótico e as pinças nano. As companhias estão tentando criar um conjunto molecular, “um aparato que poderia reunir partes em nano escala dentro de máquinas, semelhantes aos braços dos robôs nas linhas de montagem das fábricas de carros de Detroit”. A montagem posicional, embora muito tediosa por requerer o arranjo de moléculas uma a uma, é a preferida por diversas companhias. Criar automaticamente estruturas complexas e precisas é o que atrai estas companhias a continuar pesquisando as possibilidades da montagem posicional, mais especificamente, por intermédio dos montadores moleculares (Freitas 2000).

3.3.2 – Auto-montagem
Esta abordagem alternativa tenta fazer uso da tendência natural das moléculas específicas se combinarem umas às outras. Freitas enfatiza que “todos os investigadores precisam fazer isto, colocar milhões delas em um béquer e deixar suas afinidades naturais juntá-las automaticamente em configurações desejadas.” Embora tal método, de longe seria menos maçante e muito mais rápido do que a montagem posicional, falha na habilidade de criar estruturas nanorobóticas complexas requeridas para as tarefas complicadas (Freitas 2000).

4 – UM PROJETO: O RESPIROCITO
O Respirocito, criado e projetado por Robert A. Freitas, representa um dos mais recentes projetos de nanorobôs. Basicamente é uma hemácia artificial, contudo, mais eficiente que sua contraparte natural. Usando sensores na superfície, ele analisa os níveis de oxigênio e dióxido de carbono no sangue e regula sua entrada e saída de acordo com a necessidade. As possibilidades são inúmeras e significativas (Freitas 1998).

O Respirocito, similar em tamanho à célula bacteriana tem o objetivo de funcionar do mesmo modo como as hemácias, embora muito mais eficiente no transporte do oxigênio e do dióxido de carbono. Freitas, projetista do respirocito, descreve que ele “deve ser feito de alguns 18 bilhões de átomos, precisamente agrupados em uma estrutura de cristal para formar um tanque miniatura de pressão (Freitas 1998).

De acordo com Freitas (2006b), esses respirocitos têm a habilidade de desempenhar suas funções com eficiência maior (100-1000 vezes mais eficiente) que seu análogo in natura, como as hemácias podem “armazenar e transportar 200 vezes mais gás por unidade de volume”. Assim, uma dose grande de respirocitos teria diversos benefícios significantes que poderia garantir vida prolongada em situações normalmente fatais. Por exemplo, eles poderiam manter o tecido de uma pessoas oxigenado por aproximadamente quatro horas, sem a necessidade da respiração. Além disso, os respirocitos poderiam permitir que uma pessoa saudável permanecesse dentro da água por quatro horas ou continuar correndo por 15 minutos sem respirar. Ademais, eles poderiam ser empregados para purificar o corpo de substâncias tóxicas. Se uma pessoa inalar monóxido de carbono ou outros gases perigosos, uma injeção contendo respirocitos especialmente designados para isso, poderia ser administrada para extrair imediatamente tais moléculas venenosas.

5 – IMPLICAÇÕES SOCIAIS E ÉTICAS
Assim como nos outros desenvolvimentos científicos, as questões sociais e éticas devem ser levantadas com a consciência pública das possibilidades da nanotecnologia. Auto-duplicação incontrolável, o medo de interferir nos desígnios de Deus e o desenvolvimento de partículas Franke (nanopartículas tóxicas que podem entrar nas células biológicas e permanecerem indetectáveis pelo sistema imunológico), são apenas algumas das preocupações alardeadas pelos críticos da nanotecnologia (Brave 2006).

6 - CONCLUSÃO
O campo da nanotecnologia está florescendo e durante os próximos 20 anos revolucionará a medicina. A virada da ciência médica para a engenharia médica é real e iminente. As aplicações potenciais da nanorobótica na medicina sexual poderá revolucionar a prática, particularmente nos casos de impotência arteriogênica onde o novo instrumento poderia ser oferecido para limpar regiões anteriormente inacessíveis. Entretanto, é essencial um trabalho de equipe e em cooperação entre os especialistas das várias disciplinas de engenharia, ciências naturais e matemática.

Apesar de os recentes avanços, tais como o respirocito, a nano medicina ainda tem um longo caminho pela frente em termos de pesquisa e desenvolvimento. Os cientistas precisam projetar sistemas superiores de comunicação entre nanorobôs e entidades externas, assim como técnicas de intercomunicação entre nanorobôs. Materiais biocompatíveis pecisam ser testados para prevenir situações do acaso, uma vez que é dever dos engenheiros garantir a segurança e o bem-estar daqueles que serão afetados pelo produto, o público em geral. Os nanorobôs também precisam incorporar mecanismos para escape de fagócitos para evitarem de ser engolidos e enredados. Finalmente, se a nano medicina está para alcançar o mercado e ter aplicações práticas, os cientistas precisam desenvolver um conjunto confiável, capaz de criar estruturas nanorobóticas complexas, de modo rápido e eficiente.

 

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