A tecnologia microfluídica permite a autocomposição de cápsulas de proteína de seda
Cientistas conseguiram gerar cápsulas de seda microscópicas que reproduzem, em uma escala mínima, a estrutura dos casulos do bicho-da-seda. As cápsulas podem servir como elementos de proteção para o transporte de “cargas” sensíveis, como as proteínas de seda, anticorpos e outras moléculas delicadas. A pesquisa colaborativa – realizada por uma equipe internacional de acadêmicos do Instituto Weizmann de Ciências em Israel; das Universidades de Cambridge,
Oxford e Sheffield no Reino Unido; e da ETH na Suíça – pode dar origem a um sem número de aplicações nas indústrias de cosméticos, alimentos e produtos farmacêuticos, particularmente na distribuição de medicamentos no organismo. As constatações da pesquisa foram publicadas hoje na revista Nature Communicatons.
O uso de proteínas naturais utilizadas por bichos-da-seda e aranhas para gerarem suas fibras elásticas foi até agora limitado uma vez que essas proteínas tendem a se aglutinar após a extração. Até o momento, os pesquisadores têm utilizado fibras de seda processadas quimicamente, que apresentam propriedades mecânicas diferentes e são relativamente inertes, se comparadas às fibras naturais. A Drª Ulyana Shimanovich – na época, uma das cientistas supervisionadas pelo Prof. Tuomas P. J. Knowles da Universidade de Cambridge, e que agora chefia um novo laboratório no Departamento de Materiais e Interfaces – decidiu estudar o que impede a aglutinação das proteínas de seda naturais no animal antes de serem utilizadas para criar seus fios.
As proteínas de seda são armazenadas em estado líquido nas glândulas do bicho-da-seda, antes de serem transformadas nos fios de seda utilizados para construir os casulos. Para imitar o processo natural de estruturação da proteína de seda em cápsulas de proteção, os pesquisadores utilizaram os princípios da microfluídica, uma área científica que lida com o controle dos parâmetros de fluxo dos fluidos em escala microscópica. Os cientistas inseriram proteínas extraídas diretamente das glândulas de bichos-da-seda em canais microscópicos de um chip feito de um polímero derivado de silício e fizeram com que as moléculas da proteína se reunissem formando um material gelatinoso, exatamente como ocorre no bicho-da-seda. O gel formou cápsulas microscópicas, em cujo interior, o restante da proteína se manteve como uma solução sob a proteção existente, assim como ocorre na glândula do animal. Ao controlar a viscosidade da solução de proteína de seda e as forças que atuam sobre ela, os pesquisadores conseguiram controlar o formato das cápsulas – arredondadas ou alongadas – e o seu tamanho: de 300 nanômetros a mais de 20 micrômetros. No interior dessas cápsulas artificiais, as proteínas naturais de seda mantiveram-se intactas por tempo indeterminado, sem perderem suas propriedades ou a capacidade de formarem fios.
Shimanovich explica: “A composição das cápsulas sintéticas costuma ser um processo complexo e bastante intenso em termos de consumo de energia. Em contraste, as cápsulas de seda são mais fáceis de se produzir e exigem menos energia no processo de fabricação. Além disto, a seda é biodegradável.”
As cápsulas de seda rígidas podem ser utilizadas para proteger moléculas sensíveis, como anticorpos e outras proteínas, evitando a perda de suas qualidades. As cápsulas podem ser empregadas, por exemplo, na distribuição de medicamentos ou vacinas intactas aos órgãos a que se destinam. Especificamente, disse Shimanovich, elas podem ajudar a desenvolver futuras terapias para doenças neurodegenerativas: Porque as cápsulas são capazes de penetrar as barreiras hematoencefálicas, o que pode permitir o desenvolvimento de novos tratamentos para essas doenças.
E por serem biodegradáveis, as cápsulas podem ter diversas aplicações. Por exemplo, elas podem ser empregadas na indústria de alimentos para incorporar partículas de óleos saudáveis em pães e outros produtos. Entre as possíveis aplicações para as proteínas naturais de seda encontradas no interior das novas cápsulas estão o desenvolvimento de tratamentos de pele para queimaduras ou para uso cosmético, e a criação de fibras elásticas reforçadas para a engenharia de tecidos – por exemplo, na fabricação de implantes biológicos otimizados.
A equipe de pesquisa contou com a Drª Simone F. Ruggeri, o Dr. Erwin De Genst, o Dr. Thomas Mueller, a Drª Teresa P. Barros e o Prof. Christopher M. Dobson da Universidade de Cambridge; o Dr. Jozef Adamcik e a Profª Raffaele Mezzenga da ETH Zurich; os Profs. David Porter e Fritz Vollrath da Universidade de Oxford; e o Dr. Chris Holland da Universidade de Sheffield.
A pesquisa da Drª Ulyana Shimanovich tem o apoio do Fundo Benoziyo para o Avanço da Ciência; do Prêmio Peter and Patricia Gruber; e de Georges Lustgarten.
O Instituto Weizmann de Ciências, unidade de Rehovot, Israel, é uma das principais instituições de pesquisas multidisciplinares do mundo. Conhecido pela sua exploração abrangente das ciências naturais e exatas, o Instituto conta com o apoio de cientistas, estudantes, técnicos e pessoal de apoio. As iniciativas do Instituto na área de pesquisas incluem a busca por novas formas de combate a doenças e à fome, a análise de importantes questões nas áreas de matemática e ciências da computação, estudos sobre a física da matéria e do universo, a criação de novos materiais e o desenvolvimento de novas estratégias para proteção do meio ambiente.
