Inspiração nas plantas: nanomembrana de ouro usa luz para treinar células do coração a resistir ao infarto
As doenças cardiovasculares continuam sendo uma das principais causas de mortalidade no mundo e o dano por isquemia e reperfusão (que ocorre quando o fluxo sanguíneo é interrompido e subitamente restaurado ao coração) representa um desafio crítico no tratamento de infartos. Durante a reperfusão, o estresse oxidativo descontrolado pode causar a morte em massa de células do miocárdio. Embora doses elevadas de espécies reativas de oxigênio (como o peróxido de hidrogênio, H2O2) sejam prejudiciais, concentrações moderadas e controladas atuam como sinais celulares, induzindo mecanismos de defesa naturais das células. Contudo, gerar essas moléculas terapêuticas de forma precisa, sem depender de oxigênio prévio no tecido isquêmico, era até então um grande obstáculo biomédico.
Inspirados no fotossistema II das plantas, pesquisadores desenvolveram uma plataforma fotocatalítica inovadora capaz de gerar H2O2 sob demanda via oxidação de água por dois elétrons, dispensando o oxigênio molecular do meio. A tecnologia consiste em uma membrana ultraflexível de silício nanoporoso acoplada com átomos e nanoestruturas de ouro. Quando iluminada por feixes de luz visível ou vermelha, a sua porção semicondutora captura a luz, enquanto os átomos de ouro direcionam a reação catalítica para produzir doses suaves e controladas de H2O2. Em nível celular, essa liberação controlada induz a formação rápida e precisa de grânulos de estresse (conjunto de moléculas sinalizadoras) e ativa fatores de defesa antioxidante nos cardiomiócitos, preparando o tecido cardíaco para suportar agressões mais severas.
A Figura 1 ilustra o mecanismo de funcionamento e a aplicação terapêutica do sistema fotocatalítico de silício e ouro na cardioproteção contra lesões por isquemia e reperfusão. A Figura 1(a) mostra a inspiração biológica no fotossistema II vegetal, que utiliza a luz solar para oxidar a água e gerar espécies reativas de oxigênio, ativando respostas naturais de defesa e adaptação celular ao estresse. A Figura 1(b) detalha o dispositivo em nanoescala: o silício nanoporoso incorporado com ouro absorve luz e catalisa a reação de oxidação de água por dois elétrons para produzir peróxido de hidrogênio, induzindo a formação de grânulos de estresse intracelulares protetores. Já a Figura 1(c) ilustra a aplicação da membrana, que é colocada na superfície do coração e ativada por feixes de laser antes da interrupção do fluxo sanguíneo (pré-condicionamento), promovendo o treinamento celular que preserva os cardiomiócitos vivos e reduz significativamente o tamanho da área de infarto em comparação ao tecido não tratado.
Figura 1 – Esquema do mecanismo fotocatalítico da membrana de Au/por-Si e sua aplicação na proteção do tecido cardíaco contra lesões de isquemia-reperfusão.
Fonte: Zhang et al., 2025.
Em testes realizados em modelos de coração isolado de roedores (modelo ex vivo), a aplicação da membrana fotocatalítica ultraflexível combinada à estimulação por luz antes do evento isquêmico reduziu o tamanho da área afetada pelo infarto. Além de conter a necrose tecidual, o pré-condicionamento permitiu que os corações recuperassem rapidamente a pressão ventricular, o ritmo dos batimentos e a propagação dos sinais elétricos a patamares equivalentes aos de um coração saudável. Por ser biodegradável, biocompatível e compatível com microeletrônica, a tecnologia aponta caminhos promissores para terapias cardíacas minimamente invasivas e proteção contra danos isquêmicos em múltiplos tecidos.
Para mais informações, consulte o artigo científico: Zhang, J., Li, P., Yue, J. et al. Gold-modified nanoporous silicon for photoelectrochemical regulation of intracellular condensates. Nat. Nanotechnol. 20, 835–844 (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01878-4.
