p Embora muitas pessoas adorem fotos coloridas de paisagens, flores ou arco-íris, alguns pesquisadores biomédicos valorizam as imagens vívidas em uma escala muito menor - tão pequena quanto um milésimo da largura de um cabelo humano. p Para estudar o micro mundo e ajudar no avanço do conhecimento e tratamentos médicos, esses cientistas usam nanopartículas fluorescentes.

p Os pontos quânticos são um tipo de nanopartícula, mais comumente conhecido por seu uso em telas de TV. Eles são cristais superminúsculos que podem transportar elétrons. Quando a luz ultravioleta atinge essas partículas semicondutoras, eles podem emitir luz de várias cores.

p Essa fluorescência permite que os cientistas os usem para estudar partes ocultas ou crípticas das células, órgãos e outras estruturas.

p Faço parte de um grupo de pesquisadores de nanotecnologia e neurociência da Universidade de Washington que investigam como os pontos quânticos se comportam no cérebro.

p Estima-se que as doenças cerebrais comuns custem aos EUA cerca de US $ 800 bilhões anualmente. Essas doenças - incluindo a doença de Alzheimer e distúrbios do neurodesenvolvimento - são difíceis de diagnosticar ou tratar.

p Ferramentas em nanoescala, como pontos quânticos, que podem capturar as nuances em atividades celulares complicadas são promissoras como ferramentas de imagens cerebrais ou transportadoras de drogas para o cérebro. Mas porque há muitos motivos para se preocupar com seu uso na medicina, principalmente relacionado à saúde e segurança, é importante descobrir mais sobre como eles funcionam nos sistemas biológicos.

p Pontos quânticos como corantes de próxima geração

p Os pesquisadores descobriram os pontos quânticos pela primeira vez na década de 1980. Essas minúsculas partículas são diferentes de outros cristais porque podem produzir cores diferentes, dependendo de seu tamanho. Eles são tão pequenos que às vezes são chamados de átomos de dimensão zero ou átomos artificiais.

p O uso mais conhecido de pontos quânticos hoje em dia pode ser telas de TV. A Samsung lançou suas TVs QLED em 2015, e algumas outras empresas o seguiram não muito depois. Mas os cientistas estão de olho nos pontos quânticos há quase uma década. Por causa de suas propriedades ópticas únicas, eles podem produzir milhares de brilhantes, cores fluorescentes nítidas - os cientistas começaram a usá-los como sensores ópticos ou sondas de imagem, particularmente na pesquisa médica.

p Os cientistas há muito usam vários corantes para marcar células, órgãos e outros tecidos para ver o funcionamento interno do corpo, seja para diagnóstico ou para pesquisa fundamental.

p Os corantes mais comuns apresentam alguns problemas significativos. Para um, sua cor freqüentemente não sobrevive por muito tempo nas células ou tecidos. Eles podem desaparecer em questão de segundos ou minutos. Para alguns tipos de pesquisa, como rastrear o comportamento das células ou administrar drogas no corpo, esses corantes orgânicos simplesmente não duram o suficiente.

p Os pontos quânticos resolveriam esses problemas. Eles são muito brilhantes e desbotam muito lentamente. Sua cor ainda pode se destacar depois de um mês. Além disso, eles são muito pequenos para afetar fisicamente o movimento das células ou moléculas.

p Essas propriedades tornam os pontos quânticos populares na pesquisa médica. Hoje em dia os pontos quânticos são usados ​​principalmente para imagens 3-D de alta resolução de células ou moléculas, ou sondas de rastreamento em tempo real, dentro ou fora dos corpos dos animais, que podem durar por um longo período.

p Mas seu uso ainda é restrito à pesquisa animal, porque os cientistas estão preocupados com seu uso em seres humanos. Os pontos quânticos geralmente contêm cádmio, um metal pesado altamente venenoso e cancerígeno. Eles podem vazar o metal tóxico ou formar um agregado instável, causando morte celular e inflamação. Alguns órgãos podem tolerar uma pequena quantidade disso, mas o cérebro não pode suportar tal lesão.

p Como os pontos quânticos se comportam no cérebro

p Meus colegas e eu acreditamos que um primeiro passo importante para um uso mais amplo dos pontos quânticos na medicina é entender como eles se comportam em ambientes biológicos. Isso poderia ajudar os cientistas a projetar pontos quânticos adequados para pesquisas médicas e diagnósticos:quando eles são injetados no corpo, eles precisam permanecer pequenas partículas, ser pouco tóxico e capaz de atingir tipos específicos de células.

p Nós olhamos para a estabilidade, toxicidade e interações celulares de pontos quânticos no cérebro em desenvolvimento de ratos. Envolvemos os minúsculos pontos quânticos em diferentes "camadas" químicas. Os cientistas acreditam que esses casacos, com suas várias propriedades químicas, controlar a maneira como os pontos quânticos interagem com o ambiente biológico que os rodeia. Em seguida, avaliamos o desempenho dos pontos quânticos em três modelos relacionados ao cérebro comumente usados:culturas de células, fatias de cérebro de rato e ratos vivos individuais.

p Descobrimos que diferentes revestimentos químicos dão aos pontos quânticos comportamentos diferentes. Os pontos quânticos com uma camada de polímero de polietilenoglicol (PEG) foram os mais promissores. Eles são mais estáveis ​​e menos tóxicos no cérebro do rato, e em certa dose não mata as células. Acontece que os pontos quânticos revestidos com PEG ativam uma via biológica que aumenta a produção de uma molécula que desintoxica o metal. É um mecanismo de proteção embutido nas células que evita lesões por pontos quânticos.

p Os pontos quânticos também são "comidos" pela microglia, as células imunológicas internas do cérebro. Essas células regulam a inflamação no cérebro e estão envolvidas em vários distúrbios cerebrais. Os pontos quânticos são então transportados para os lisossomos da microglia, as latas de lixo da célula, para degradação.

p Mas também descobrimos que o comportamento dos pontos quânticos variam ligeiramente entre as culturas de células, fatias de cérebro e animais vivos. Os modelos simplificados podem demonstrar como uma parte do cérebro responde, mas eles não são um substituto para o órgão inteiro.

p Por exemplo, as culturas de células contêm células cerebrais, mas não possuem as redes celulares conectadas que os tecidos possuem. Fatias de cérebro têm mais estrutura do que culturas de células, mas também carecem da barreira hematoencefálica do órgão completo - sua "Grande Muralha" que impede a entrada de objetos estranhos.

p Qual é o futuro dos pontos quânticos?

p Nossos resultados oferecem um alerta:a pesquisa da nanomedicina no cérebro não faz sentido sem considerar cuidadosamente a complexidade do órgão.

p Dito isto, achamos que nossas descobertas podem ajudar os pesquisadores a projetar pontos quânticos mais adequados para uso em cérebros vivos. Por exemplo, nossa pesquisa mostra que os pontos quânticos revestidos com PEG permanecem estáveis ​​e relativamente não tóxicos no tecido cerebral vivo, ao mesmo tempo que apresentam um ótimo desempenho de imagem. Imaginamos que eles poderiam ser usados ​​para rastrear movimentos em tempo real de vírus ou células no cérebro.

p No futuro, junto com ressonância magnética ou tomografia computadorizada, os pontos quânticos podem se tornar ferramentas vitais de imagem. Eles também podem ser usados ​​como transportadores rastreáveis ​​que entregam medicamentos a células específicas. Em última análise, no entanto, para que os pontos quânticos realizem seu potencial biomédico além da pesquisa, os cientistas devem abordar questões de saúde e segurança.

p Embora haja um longo caminho a percorrer, meus colegas e eu esperamos que o futuro dos pontos quânticos seja tão brilhante e colorido quanto os próprios átomos artificiais. p Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.