Novo material tem forte ação contra fungos e tumores

Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais – um CEPID da FAPESP em São Carlos – criam compósito com propriedades antifúngicas 32 vezes maior que as da prata ao irradiar um tungstato metálico com elétrons e feixes de laser de femtosegundo

Peter Moon | Agência FAPESP – Um novo material com propriedades antifúngicas e antitumorais foi desenvolvido por pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP com sede na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

O compósito foi obtido a partir de uma amostra de tungstato de prata (α-Ag2WO4) puro irradiado com elétrons e com feixes de laser com pulsos na escala do femtosegundo – quadrilionésimo de segundo, a escala na qual ocorrem reações químicas, com trocas de elétrons entre átomos e moléculas. A descrição do novo material foi publicada na revista Scientific Reports.

O uso cada vez maior de semicondutores desencadeou uma onda de desenvolvimento de novos materiais com ampla gama de aplicações tecnológicas. Em particular, uma das famílias de semicondutores que têm atraído a atenção dos pesquisadores em Ciência dos Materiais é a dos óxidos ternários de tungstênio, como os tungstatos metálicos.

Dentro dessa família, o tungstato de prata é um material inorgânico com aplicações em fotocatalisadores, fotointerruptores ou como uma alternativa aos semicondutores convencionais de banda larga. O tungstato de prata vem sendo alvo de investigação dos pesquisadores do CDMF há alguns anos.

“Em um experimento realizado em 2018, quando irradiamos o tungstato de prata com elétrons, observamos em microscópio eletrônico o aparecimento de uns ‘cabelinhos’ que cresciam sobre as moléculas do material. Aquilo nada mais era do que filamentos de nanopartículas extraídos do tungstato de prata por obra da irradiação de elétrons”, disse Elson Longo, professor emérito do Departamento de Química da UFSCar e coordenador do CDMF.

“A prata é um elemento químico com propriedades bactericidas, que também são observadas no tungstato de prata. Mas o notável foi verificar que, após a irradiação por elétrons e a construção dos filamentos de prata, o compósito modificado passou a apresentar ação antifúngica até 32 vezes mais eficaz do que a anterior à irradiação”, disse Longo.

A ação antifúngica do compósito modificado de tungstato de prata foi verificada em placas de Petri com culturas do fungo Candida albicans, responsável pela infecção candidíase. Como já se conhecia a quantidade mínima de tungstato de prata capaz de eliminar uma cultura daquele fungo, os pesquisadores aplicaram a mesma quantidade do compósito modificado sobre a cultura. O resultado observado foi semelhante.

Em seguida, reduziram pela metade o volume da substância e repetiram a experiência, eliminando novamente os fungos. Ao todo, o processo foi repetido por 32 vezes consecutivas, sempre com resultados antifúngicos satisfatórios, demonstrando assim que o compósito modificado tinha propriedades antifúngicas 32 vezes mais potentes do que as do tungstato de prata original.

Para verificar a ação antitumoral do compósito, foram empregadas células tumorais de carcinoma de bexiga em ratos, expostas por 24 horas a diferentes concentrações do compósito (4,63 microgramas por mililitro [µg/mL], 11,58 µg mL, 23,16 µg/mL 46,31 µg/mL, respectivamente).

Segundo Longo, os resultados demonstraram uma redução significativa da viabilidade celular, sendo que o melhor resultado foi obtido na concentração de 11,58 µg mL, quando se observou uma redução de 80% na viabilidade das células do carcinoma de bexiga.

Após constatar as propriedades antifúngicas e antitumorais do novo compósito, os pesquisadores do CDMF e da UFSCar investigaram a sua segurança no eventual uso em pacientes humanos.

Quatro concentrações do compósito irradiado de tungstato de prata, que estavam na faixa ótima de atividade fungicida (de 3,9 a 31,2 μg/mL), foram estudadas em linhagens celulares de fibroblastos gengivais humanos.

Após 24 horas de incubação, os efeitos dos compósitos na viabilidade celular, na proliferação celular e na morfologia celular foram avaliados pelo ensaio fluorimétrico quantitativo e microscopia confocal de varredura a laser, respectivamente.

“Os resultados mostraram que não houve perda estatisticamente significativa da viabilidade celular para essas concentrações, revelando que o compósito não apresenta risco à saúde”, disse Longo.

Dualidade onda-partícula

A pesquisa também alcançou um marco científico importante: demonstrar de modo experimental a dualidade onda-partícula. Trata-se de uma propriedade fundamental da matéria, descrita pelo físico francês Louis-Victor de Broglie (1892-1987) em 1924, segundo a qual os elétrons podem se comportar como partículas ou como ondas, dependendo do experimento.

“Por sua descoberta, de Broglie foi agraciado com o Nobel de Física de 1929. Nas nove décadas decorridas desde então, a dualidade onda-partícula foi comprovada e observada em um grande número de experimentos científicos. Mas ainda não havia sido demonstrada em termos experimentais usando feixes de partículas [no caso, elétrons] e feixes de ondas [laser] para a obtenção de alterações idênticas em compostos materiais”, disse Longo.

“Quando percebemos que a irradiação por elétrons fazia surgir os filamentos de nanopartículas de prata no tungstato de prata, decidimos investigar se o mesmo resultado não poderia ser alcançado empregando feixes de laser no lugar da irradiação de elétrons, de modo a comprovar experimentalmente a dualidade onda-partícula descoberta por de Broglie há 95 anos”, disse.

A literatura científica atual demonstra um uso cada vez maior da radiação laser de femtosegundo em processamento de materiais para a obtenção de novos compostos com propriedades altamente atrativas e que proporcionam avanços tecnológicos.

“Durante o processo de irradiação de elétrons, uma desordem eletrônica e estrutural é introduzida no tungstato de prata, o que desempenha um papel importante na nucleação e crescimento de filamentos de prata”, disse Longo.

Em princípio, a segregação dos átomos de prata pela irradiação do laser em femtosegundo ocorreria de maneira semelhante, mas seria em teoria mais rápida devido ao fato de que um pulso de laser de femtosegundo é capaz de fornecer potência máxima em um tempo muito curto.

“Portanto, devido à velocidade esperada de segregação, em teoria a morfologia das nanopartículas de prata tenderia a ser diferente sob radiação de feixe de elétrons daquela obtida quando a amostra é irradiada com radiação laser de femtosegundo”, disse Longo.

A prática ocorreu exatamente de acordo com o que era previsto pela teoria. Ao ser atingida por feixes de laser de femtosegundo, na superfície do tungstato de prata verificou-se igualmente a formação dos filamentos de nanopartículas de prata.

“Ao fazê-lo, conseguimos obter exatamente o mesmo resultado que havia sido obtido com a irradiação de elétrons, demonstrando na prática a dualidade onda-partícula”, disse Longo.

O experimento do CDMF foi publicado em 2018 também na Scientific Reports. “Recebemos uma carta de felicitações do editor da revista, informando que esse artigo em particular foi um dos 100 artigos de ciência dos materiais mais consultados nesta publicação no ano passado”, disse.

O artigo Ag Nanoparticles/α-Ag2WO4 Composite Formed by Electron Beam and Femtosecond Irradiation as Potent Antifungal and Antitumor Agents (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-46159-y), de M. Assis, T. Robeldo, C. C. Foggi, A. M. Kubo, G. Mínguez-Vega, E. Condoncillo, H. Beltran-Mir, R. Torres-Mendieta, J. Andrés, M. Oliva, C. E. Vergani, P. A. Barbugli, E. R. Camargo, R. C. Borra e E. Longo, pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41598-019-46159-y.

O artigo Towards the scale-up of the formation of nanoparticles on α-Ag2WO4 with bactericidal properties by femtosecond laser irradiation (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-19270-9), de Marcelo Assis, Eloisa Cordoncillo, Rafael Torres-Mendieta, Héctor Beltrán-Mir, Gladys Mínguez-Vega, Regiane Oliveira, Edson R. Leite, Camila C. Foggi, Carlos E. Vergani, Elson Longo e Juan Andrés, pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41598-018-19270-9.