INSTITUTO DE QUÍMICA/UNESP - ARARAQUARANo microscópio, fibras de celulose produzidas pela bactériaINSTITUTO DE QUÍMICA/UNESP - ARARAQUARA
Um curativo biocompatível para substituir, de forma temporária, a pele humana e um material para revestir coletes à prova de balas são dois novos produtos que estão para chegar ao mercado. Em comum, eles possuem a mesma origem, a celulose produzida pela bactéria Acetobacter xylinum, um microrganismo encontrado na natureza, principalmente nas frutas em decomposição. Mais importante componente da madeira, a celulose é conhecida por sua origem vegetal e pelo uso na fabricação de papel.
Mas ela é obtida também de bactérias, algas e até de animais marinhos invertebrados. A vantagem da celulose bacteriana, principalmente a produzida pela A. xylinum, é que após uma série de procedimentos industriais ela passa a ter grande resistência mecânica e se torna impermeável a líquidos, mantendo a permeabilidade a gases.
Para conhecer melhor as propriedades desse material e descobrir novas formas de aplicá-lo, a empresa Bionext Produtos Biotecnológicos, de São Paulo, fez parcerias com pesquisadores do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, e do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da Universidade de São Paulo (USP).
A empresa e os pesquisadores passaram a estudar as características e a melhor forma de aproveitar a celulose bacteriana, um produto já conhecido da ciência, porém muito pouco utilizado comercialmente. Sabia-se que a bactéria, para captar melhor o oxigênio, produz longas microfibras de celulose que se aglutinam na superfície de um meio líquido formando uma zoogléia (uma espécie de capa de consistência gelatinosa formada por bactérias). Depois de retiradas desse meio, purificadas, secas e compactadas, essas microfibras transformam-se em finíssimas películas de celulose pura com potencial para uso em múltiplas aplicações nas áreas médica e industrial.
Na avaliação do cirurgião plástico e diretor da área médica da Bionext, Lecy Marcondes Cabral, a película de celulose pode ser usada em queimaduras e em outros procedimentos médicos das áreas de cardiologia, neurologia e odontologia. Em perdas de pele causadas tanto por trauma mecânico ou por úlceras crônicas, a película funciona como um substituto temporário desse tecido.
“É um curativo biocompatível que soma na nossa busca por um substituto de pele ideal”, diz Cabral. O curativo, também chamado de pele artificial, é colocado sobre a lesão após a assepsia. Ele gruda no local e, quando a pele nova cresce, cai como se fosse uma crosta. Tanto o banho de chuveiro como a exposição ao sol podem ser liberados para os pacientes em tratamento.
Permeável a gases e impermeável a líquidos, a pele artificial forma uma barreira bacteriológica, deixando o ferimento respirar. Outra vantagem é a possibilidade de atenuação ou mesmo a eliminação da dor nesses pacientes. Segundo o cirurgião plástico, o curativo reduz o tempo de tratamento e, com isso, diminui também o custo das internações de doentes com queimaduras e com feridas crônicas.
Blindagem e documentos
Para o desenvolvimento de materiais para a fabricação de placas blindadas e compostos utilizados em coletes à prova de balas, a Bionext conta com a orientação de uma empresa especializada em blindagem. “Testes de balística mostraram que o material é altamente resistente”, diz o professor Bernhard Joachim Mokross, do IFSC, coordenador do projeto nas universidades.
Outra espécie de utilização é a produção de papéis especiais que podem contribuir para a preservação de documentos históricos. Até o momento foram feitos testes físicos com a película, que avaliam a resistência e a transparência do material. “Para comprovar se efetivamente resiste à ação do tempo, é necessário testar o comportamento de certos processos químicos”, diz Norma Cassares, especialista em conservação e restauração de papel, que está avaliando o material para essa aplicação. Só depois de ser submetido a testes de envelhecimento rápido para ver como se comporta e analisado por laboratórios especializados em papel é que poderá começar a ser usado para restaurar documentos históricos.
As aplicações na área médica não se limitam ao curativo. Estudos apontam que a celulose bacteriana tem potencial para substituir, em casos de traumas ou tumores, a dura-máter, a membrana externa, espessa e fibrosa que envolve o cérebro e a medula espinhal. As pesquisas começaram a ser feitas em 1990 por Luís Renato Mello, da Fundação Universidade de Blumenau, em Santa Catarina, quando fazia sua tese de doutorado em neurocirurgia na Universidade Federal de São Paulo (Unifesp).
Na época, ele trocou a dura-máter de 21 cães por películas de celulose, comparando as reações com a fáscia muscular (membrana fibrosa que recobre os músculos do crânio), outro substituto de membrana externa empregado em neurocirurgia. “Obtive bons resultados e, com autorização do Comitê de Ética em Pesquisa da Unifesp, empreguei-a em 25 pacientes como estudo clínico fase 1”, relata.
As pesquisas foram interrompidas porque, naquela época, ele utilizava uma membrana semelhante produzida de forma não-sistemática pela empresa BioFill. Como a fase 1 é a primeira das quatro etapas necessárias para os estudos com seres humanos, os testes precisam recomeçar. Para isso, Mello conta com o apoio dos pesquisadores de Araraquara, que estão à procura da melhor forma de produzir a membrana substituta da dura-máter.
A película também está sendo testada para revestir o stent , uma pequena malha metálica usada como sustentação mecânica para impedir que a artéria volte a se fechar durante a angioplastia, procedimento utilizado para desobstruir as artérias coronárias em processo de aterosclerose (formação de placas na parede das artérias).
“A celulose bacteriana é usada com o objetivo de envolver a malha metálica”, diz o cardiologista Ronaldo Loures Bueno, professor da Universidade Federal do Paraná, que também participa do grupo multidisciplinar de pesquisa. O stent é introduzido fechado na artéria coronária e só quando atinge o ponto exato da estenose (local do estreitamento da artéria) o balão que está dentro dele é inflado. Assim, o stent envolvido com celulose é liberado contra a parede da artéria. Dessa forma, ele atua contra um dos processos que causam a reestenose (uma complicação tardia do procedimento), que é a migração de células musculares lisas da parede do vaso para dentro da artéria.
Os testes in vitro e também com coelhos e porcos foram feitos durante três meses nos Estados Unidos e Canadá. Foram avaliadas a reação inflamatória e a de hemocompatibilidade (compatibilidade com o sangue). “O material tem enorme potencial para revestimento de stent “, diz Bueno. Segundo o cardiologista, se for aprovado em todos os testes pré-clínicos e clínicos na circulação coronariana, poderá ser usado com segurança em todos os tipos de vaso (artéria aorta, das pernas, dos braços) e no sistema tubular (tubo digestivo, estruturas tubulares do pulmão, brônquio, traquéia e uretra).
As aplicações do material apontam para as mais variadas áreas. Uma das mais recentes, estudada pelos professores Younes Messaddeq e Sidney Ribeiro, do Instituto de Química da Unesp de Araraquara, são as membranas de celulose para telas flexíveis luminescentes (que poderão servir a computadores, televisores, DVDs) com a espessura de uma folha de papel.
“Estamos avaliando as propriedades físicas e químicas da membrana para diferentes aplicações”, diz Messaddeq. Os estudos envolvem a estrutura molecular do material, por meio de microscopia eletrônica, difração de raios X, análise térmica, além das propriedades mecânicas (resistência a tração, dureza, permeabilidade a líquido e a gases), propriedades dielétricas (isolantes de eletricidade) e luminescentes (de emissão de luz).
Polímero cristalino
A versatilidade da celulose bacteriana, em comparação com a vegetal, deve-se ao fato de que ela é quimicamente pura. Isso significa que ela não vem acompanhada de nenhum outro composto orgânico, como ocorre com a vegetal. “O mais complicado para a indústria do papel é separar a celulose da lignina e da hemicelulose”, diz Ribeiro. Já a bacteriana só tem o que interessa, ou seja, a celulose. Além disso, é um polímero cristalino, o que a distingue de outras formas de celulose.
A pesquisa sobre a celulose bacteriana envolve o processo de produção e para isso conta com a consultoria de um especialista em fermentação, o engenheiro químico Walter Borzani, do Instituto Mauá de Tecnologia, de São Caetano do Sul, em São Paulo. “Estudamos a influência de vários fatores na fermentação, no rendimento, na velocidade do processo e na qualidade do produto”, diz Borzani. Entre esses fatores encontram-se a concentração de nutrientes, a temperatura, a acidez e o fornecimento de oxigênio.
A fermentação para a produção de películas de celulose é feita em meio líquido. Dependendo do produto final, todo o processo, que envolve fermentação, coleta de celulose, lavagem e secagem, demora até duas semanas.Todos os produtos obtidos até agora resultam de estudos pioneiros feitos com a bactéria A. xylinum no Brasil por Luiz Fernando Farah, diretor científico da Bionext.
Filho de médico e ex-estudante de direito e de psicologia, Farah diz que identificou esse microrganismo quando estava trabalhando com plantas ornamentais. Seus estudos de botânica o conduziram para a microbiologia, na qual encontrou citações da bactéria produtora de celulose como curiosidade de laboratório. “Era uma forma de demonstrar a atividade bacteriana”, conta.
Segundo Farah, os textos diziam ser a celulose um material abundante no reino vegetal, mas que não existia interesse econômico no produto bacteriano, apesar de ser a forma mais pura encontrada na natureza. Essa contradição aguçou sua curiosidade.
As primeiras cepas da bactéria foram trazidas da Alemanha por um amigo. A cultura do microrganismo foi feita em casa, porque na época ele não era ligado a instituições de pesquisa ou empresas. Até chegar à membrana, dedicou bastante tempo e estudo ao seu projeto. Para resguardar sua descoberta, já que na época a legislação brasileira não contemplava proteção para produtos médicos e alimentícios, a membrana foi patenteada como um curativo, ou uma órtese de pele, em 1985.
As pesquisas de Farah, por meio da BioFill, receberam o apoio da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), do Ministério da Ciência e Tecnologia. Como reconhecimento por sua invenção, em 1996 o pesquisador foi premiado pela Organização Mundial de Propriedade Intelectual (Ompi), com sede em Genebra, na Suíça.
Durante algum tempo, o curativo foi fabricado pela BioFill e vendido para hospitais. Por conta de uma associação da empresa com uma multinacional que não tinha o produto em seu foco de negócios, a produção foi descartada. Em 2002, a Bionext entrou no circuito e resolveu investir não só no curativo, mas em todas as possíveis aplicações da membrana. Além de formar uma equipe muldisciplinar, desenvolveu equipamentos destinados ao aprimoramento da produção, à purificação e secagem da membrana, já patenteados, para melhorar o processo produtivo.
A patente da membrana também já foi depositada no Brasil e está sendo estendida para Estados Unidos, Ásia e Comunidade Européia. Os planos da Bionext mostram que ela almeja ir muito além. “Queremos ter a maior e mais eficiente indústria de celulose bacteriana do mundo”, diz Nelson Luiz Ferreira Levy, diretor da empresa.
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