Diagnóstico

Em relação às aplicações diagnósticas, os nanomateriais estão sendo utilizados para aperfeiçoar o diagnóstico molecular através da disponibilidade de novas ferramentas de detecção, de sondas que se ligam a alvos individuais e nanopartículas que podem ser utilizadas em exames por imagem.

Nanopartículas magnéticas, por exemplo, podem ser utilizadas para substituir a detecção por fluorescência ou radioatividade dos biochips e microarranjos utilizados atualmente. Apesar de serem procedimentos altamente sensíveis, o uso de fluorescência ou radioatividade são métodos caros e que consomem muito tempo (SAHOO; PARVEEN; PANDA, 2007) e a substituição pelas nanopartículas magnéticas tornariam os testes biológicos mais rápidos, sensíveis e flexíveis. Neste caso, as nanopartículas magnéticas seriam ligadas a anticorpos adequados para reconhecer moléculas, estruturas ou microrganismos específicos, e elas seriam detectadas através de imunoensaio magnético, na qual o campo magnético gerado pelo alvo marcado é detectado diretamente por um magnetômetro sensível (JAIN, 2005).

Nanopartículas de ouro podem ser marcadas com pequenos segmentos de DNA complementar e serem usadas para identificar sequências genéticas de interesse em uma determinada amostra. Essa abordagem pode detectar com mais rapidez (cerca de 42 h antes) um quadro de infecção bacteriana sanguínea como a sepse, cuja identificação das cepas de bactérias e o padrão de resistência a antibióticos são atualmente feitos por metodologias de cultura microbiana (BUCHAN et al., 2013).

Microarranjos de proteínas são bastante utilizados tanto na área farmacêutica, para o desenvolvimento de drogas, quanto como diagnóstico, visto que as proteínas são as moléculas mais importantes para se estabelecer o fenótipo biológico de uma doença. A nanotecnologia também está atuando nos chips de proteínas, os quais estão sendo dimensionados em escala nanométrica (nanoarranjos de proteínas) com a vantagem de permitir a miniaturização dos receptores para a escala dos analitos biológicos. Isso ocasiona mudança nas propriedades físicas dos receptores e na sua relação com os analitos, disponibilizando novas reações de triagem diagnóstica (LEE et al., 2002).

Os quantum dots, que são nanocristais semicondutores luminescentes, também podem ser aplicados em diagnóstico, pois eles permitem a geração de um código óptico multicolorido para ser usado nos ensaios biológicos (Figura 13). A ideia seria substituir os anticorpos conjugados a corantes orgânicos ou inorgânicos (utilizados para detectar moléculas ou organismos específicos causadores de alguma doença), já que os quantum dots suportam mais ciclos de excitação e emissão de luz do que as moléculas orgânicas tipicamente utilizadas, as quais se decompõem mais rapidamente (FAKRUDDIN; HOSSAIN; AFROZ, 2012; MEDINTZ et al., 2005).

Figura 13. Quantum dots ou pontos quânticos, que são cristais semicondutores luminescentes

com larga aplicação em técnicas de imagem (MADANI et al., 2013).

No diagnóstico oncológico, as técnicas de imagem mais utilizadas como ferramenta para detectar o câncer são a ressonância magnética (RM) e a tomografia computadorizada (TC). A imagem por RM é utilizada clinicamente para visualizar a estrutura e função em todo o corpo, oferecendo um excelente contraste entre os tecidos

moles do organismo (CHO et al., 2010). Nanopartículas de óxido de ferro, devido ao seu elevado momento magnético, são capazes de distorcer as características magnéticas locais dos tecidos, obtendo uma melhoria no contraste da imagem (SANTHOSH; ULRIH, 2013), e por isso, vem sendo largamente utilizadas como meio de contraste em imagem por RM.

A TC utiliza raios x para criar imagens tridimensionais e o contraste entre os diferentes tecidos vem da diferença de atenuação dos raios x no corpo. Esta é eficiente no osso, mas não nos tecidos moles, o que faz com que os tecidos moles necessitem de um agente de contraste para ajudar na atenuação dos raios x e melhorar sua visualização (KALENDER, 2006). Atualmente, a TC é a modalidade de imagem mais utilizada nos hospitais e centros de diagnóstico em termos de disponibilidade, eficiência e custo (HUANG, H. et al., 2011). Os meios de contraste predominantemente utilizados são moléculas contendo iodo, as quais são muito efetivas em absorver raios x. No entanto, são moléculas de alvos não específicos, uma vez que não podem ser conjugadas a muitos componentes biológicos e marcadores tumorais, além de permitirem somente imagens em tempos muito curtos, já que são eliminadas rapidamente da corrente sanguínea pelos rins. Por esse motivo, a nanotecnologia também tem atuado nesta área de diagnóstico por imagem e algumas nanoestruturas experimentais têm sido testadas como agentes de contraste para TC (BONITATIBUS et al., 2010; NARAYANAN et al., 2012; POPOVTZER et al., 2008). Essas nanoestruturas, que incluem dendrímeros, nanopartículas e moléculas iodadas dentro de lipossomos, precisam ter alta densidade de átomos pesados e uma cobertura compatível para terem a aplicação biomédica (GALPERIN et al., 2007; SAMEI et al., 2009). Além dos materiais nanométricos permitirem a conjugação de moléculas alvo em sua superfície, eles geralmente são formulados de modo que possuam meia-vida vascular mais longa que os meios de contraste normalmente utilizados, permitindo que os nanoagentes de contraste sejam monitorados por um tempo maior, e sem toxicidade, após serem entregues ao organismo (RABIN et al., 2006).

Atualmente, está disponível em laboratório a técnica de nanotomografia computadorizada, que permite o estudo de nanocompostos em imagens com resolução espacial da ordem de centenas de nanômetros (BRUKER, 2013). Além disso, instrumentos de microtomografia computadorizada (microTC) também foram desenvolvidos para uso in vivo e com alta resolução. Por ter alta resolução, a microTC pode permitir a visualização de materiais nanoestruturados em pequenos animais de

laboratório, o que gera oportunidades de ensaios de caracterização e estudos pré-clínicos de nanoemulsões para serem utilizadas como novos meios de contraste (HALLOUARD et al., 2013; SAMEI et al., 2009; WANG et al., 2011). A microTC também é utilizada como ferramenta para se investigar alterações na estrutura morfológica dos ossos, por exemplo, induzidas pelo câncer de próstata (BI et al., 2013) e já foi utilizada também para visualizar a migração de células troncos marcadas com nanopartículas magnéticas (TORRENTE et al., 2006).

Outro ganho da nanotecnologia em diagnóstico por imagem foi permitir a imagem em multimodalidade devido à capacidade das nanopartículas de serem multifuncionais (CHENG et al., 2012; XIAO et al., 2012). Se nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas (SPION, do inglês superparamagnetic iron oxide nanoparticles) forem conjugadas a alguma molécula fluorescente, por exemplo, esta nanopartícula poderá ser visualizada tanto por RM quanto por microscopia de fluorescência óptica (YEN et al., 2013). Do mesmo modo, nanopartículas poliméricas funcionalizadas com SPION e ligantes que incorporem um traçador radioativo podem ser visíveis em técnicas de imagem multimodalidade, como a RM e tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT, em inglês) (BARREFELT et al., 2013). A grande vantagem desse tipo de imagem multimodalidade é que ela permite não só a visualização dos sítios anatômicos, mas também pode fornecer dados funcionais a partir das diferentes técnicas utilizadas. Outra vantagem é poder diminuir o número de animais de laboratório utilizados em pesquisa científica, ao mesmo tempo em que reduz o tempo e os custos da pesquisa (BARREFELT et al., 2013).