Nanorrobôs modulares da Universidade de Basileia podem ser desmontados e reutilizados

Pequenos nanorrobôs pensados para transportar medicamentos através do organismo têm uma limitação evidente: são concebidos para uma única missão. Assim que entregam a carga, deixam de ter utilidade.

Quando os cientistas pretendem que o mesmo robô execute outra tarefa, regra geral precisam de construir um modelo totalmente novo.

Uma equipa na Suíça seguiu um caminho diferente. Em vez de criar uma máquina rígida e fixa, desenvolveu um nanorrobô que se monta a si próprio a partir de peças separadas. Depois, pode ser desmontado, recarregado com uma nova carga e reutilizado numa função completamente distinta.

Um nanorrobô em partes

A base deste conceito vem de um grupo da Universidade de Basileia, na Suíça, liderado pela Prof.ª Dr.ª Cornelia Palivan, uma química que constrói máquinas recorrendo a moléculas biológicas.

Este nanorrobô não tem chips nem circuitos: é feito apenas de nanopartículas e de cadeias de material genético.

“Os nanorrobôs anteriores são muitas vezes desenhados apenas para uma tarefa específica”, afirmou Palivan.

O que torna esta versão diferente é a sua divisão em dois módulos. Um funciona como motor de locomoção e o outro é uma cápsula que transporta aquilo que o robô leva.

Na maioria dos nanorrobôs anteriores, a execução de um único trabalho era uma regra, e isso travou um campo que tem crescido rapidamente, como descreve uma revisão recente. A solução do grupo foi tornar os módulos permutáveis: mantendo o mesmo motor, basta trocar a cápsula para que o mesmo desenho passe a assumir várias funções.

Construído como um micro-foguetão

A equipa compara a arquitectura a um pequeno foguetão de vários estágios, com módulos empilhados, cada um com um papel próprio. A etapa inferior é o motor: uma única partícula com duas faces diferentes.

Um dos lados contém ferro magnético, permitindo que um íman fora do corpo puxe o robô inteiro.

O outro lado é revestido por cadeias simples de ADN, preparadas para se ligarem a uma cadeia complementar. Por cima encaixa a cápsula de carga útil, que integra quatro bolhas macias chamadas polimerosomas - invólucros poliméricos que protegem enzimas delicadas. As moléculas entram por poros minúsculos, as enzimas actuam, e os produtos resultantes difundem-se para o exterior.

É o ADN que faz a montagem do robô. As cadeias compatíveis em cada módulo prendem-se entre si e “encaixam” as peças. Em condições favoráveis, mais de nove em cada dez robôs ficaram correctamente montados, com quatro bolhas fixadas ao lado não magnético do motor.

Nanorrobôs movem-se com ímanes

Para confirmar a locomoção, o grupo construiu uma versão simples com uma carga fluorescente e observou-a ao microscópio. Com o campo magnético ligado, os robôs atravessaram a câmara, sendo arrastados apesar de apenas metade de cada motor conter material magnético.

Os robôs completos atingiram cerca de 3,5 micrómetros por segundo. Foi mais do dobro da velocidade dos motores nus, um resultado inesperado, já que um objecto maior deveria gerar mais resistência ao movimento.

A equipa suspeita que os robôs se agregam por instantes e que um conjunto é puxado com mais força do que uma partícula isolada. Ainda não é claro se isso explica totalmente o fenómeno.

Durante estes trajectos guiados, as cápsulas mantiveram-se seladas, sem luz dispersa que indicasse fuga. Orientar transportadores deste modo tornou-se um objectivo central para levar tratamentos a um ponto exacto, como descreve um artigo sobre esta área.

Um teste de tratamento contra o cancro

Num ensaio de natureza médica, a cápsula transportou L-asparaginase, uma enzima usada há muito contra certos tipos de cancro. Esta enzima remove do fluido envolvente um nutriente chamado asparagina, e algumas células cancerígenas não sobrevivem sem esse fornecimento.

Trata-se de uma estratégia apoiada por décadas de investigação, como mostra um estudo. A cápsula levava ainda braços adicionais de ADN para se ligar a células seleccionadas. Quando misturados com células HeLa, uma linha comum de células humanas de cancro, os robôs acumularam-se na superfície das células em 5 horas.

Ao bloquear os locais de ancoragem das células, essa acumulação desapareceu, indicando que os robôs se ligavam a um alvo específico e não se prendiam ao acaso.

O efeito tornou-se mais forte com o passar do tempo. A maioria das células continuava viva ao fim de um dia, mas apenas cerca de 16 por cento permanecia após 72 horas.

“O fármaco pode ter um efeito local concentrado”, disse a Dr.ª Voichita Mihali, primeira autora do estudo, sublinhando que o impacto é mais intenso onde o tratamento é direccionado.

As cápsulas sem os poros de entrada não produziram qualquer efeito. As partes nuas, sem enzima, também não causaram danos às células.

Nanorrobôs funcionam para além da medicina

Fora do contexto médico, o mesmo desenho de nanorrobô é igualmente eficaz. Ao substituir a enzima, o robô transforma-se num micro-reactor químico. O motor magnético mantém-se igual; apenas a carga muda.

Com um íman em disco, os investigadores conduziram os robôs para formarem aglomerados em anel em cerca de meia hora. Em seguida, adicionaram um composto que emite luz quando a enzima actua, e o brilho apareceu apenas dentro dos anéis, confirmando que a reacção ficou confinada.

Depois de cada execução, um íman retirou os robôs, permitindo reutilizá-los em material novo. Ao fim de três rondas, continuavam operacionais, com apenas uma pequena quebra de velocidade, e os módulos podiam ser separados, recarregados e recombinados.

A capacidade de recuperar e reutilizar as peças poderá diminuir desperdícios em processos industriais ou em tarefas de limpeza de água.

O que vem a seguir para os nanorrobôs

Até agora, não existia um nanorrobô que pudesse ser desmontado, recarregado e montado de novo, e depois reajustado para uma tarefa diferente. Esse é o avanço central, mais do que qualquer função isolada que tenha demonstrado. O sistema é programável, reutilizável e pensado para combinar módulos.

Na medicina, a adaptabilidade dos nanorrobôs poderá alterar a forma como alguns tratamentos são administrados. Uma única plataforma poderia transportar simultaneamente um fármaco e os meios para o rastrear e direccionar, e depois ser ajustada para outra doença mudando apenas a cápsula.

Aplicar isto no corpo humano ainda está muito distante, e o trabalho em cancro, até ao momento, limitou-se a células num recipiente de laboratório.

A limitação é de desenvolvimento, não do conceito em si. Num campo habituado a um robô por tarefa, peças intercambiáveis podem mudar a maneira como os nanorrobôs são concebidos e utilizados.