Como as escovas de dentes de óxido de grafeno combatem bactérias seletivamente

Cientistas identificaram a molécula da membrana bacteriana que permite às escovas de dentes de óxido de grafeno romper micróbios nocivos, sem afetar as células humanas próximas.

A descoberta transforma uma escova de dentes antibacteriana popular numa prova para uma categoria mais ampla de tecidos e pensos para feridas capazes de combater infeções sem depender de antibióticos.

O alvo oculto

Em películas, pós e fibras, o óxido de grafeno apresentou a mesma ligação seletiva às membranas bacterianas.

O Prof. Sang Ouk Kim, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), demonstrou que os grupos de oxigénio do material se ligavam ao POPG, uma gordura de membrana presente nas bactérias, mas ausente das células humanas.

A inexistência desse alvo nas células humanas explica como o material pode atacar os germes e, ao mesmo tempo, deixar os tecidos envolventes praticamente ilesos.

É a seletividade que torna esta conclusão relevante, mas também coloca a química do material no centro da investigação seguinte.

O oxigénio estabeleceu a ligação

Há muito que os químicos estudam a química do óxido de grafeno, pois os grupos de oxigénio ajudam a folha de carbono a misturar-se com água e a reagir com outros materiais.

Quando os investigadores mantiveram mais oxigénio nas folhas, a ligação ao POPG melhorou e a supressão do crescimento bacteriano atingiu 96 a 99 por cento.

A remoção de oxigénio ou a adição de azoto enfraqueceu o efeito, revelando que a química da superfície era mais importante do que o tamanho da folha por si só.

São os pormenores da superfície, e não apenas o nome grafeno, que determinam se um revestimento tem verdadeiro poder antibacteriano.

As bactérias perderam a forma

Em imagens de alta resolução, as bactérias tratadas foram perdendo gradualmente a sua forma lisa à medida que a membrana começava a falhar.

As observações de células vivas revelaram a saída do conteúdo celular, indicando que a barreira exterior já não conseguia manter a pressão nem proteger a célula.

As imagens de microscopia eletrónica acrescentaram outro indício: primeiro, as células enrugavam-se; depois, desintegravam-se quando a superfície se tornava instável.

Com as membranas rompidas, as bactérias têm poucas hipóteses de recuperar, porque a célula deixa de conseguir controlar a água, os sais ou os nutrientes.

As superbactérias enfrentaram dificuldades

As bactérias resistentes a medicamentos, micróbios que sobrevivem a fármacos destinados a eliminá-los, causaram diretamente cerca de 1,27 milhões de mortes no mundo em 2019.

O óxido de grafeno também suprimiu estirpes portadoras de características de resistência, incluindo bactérias que vencem alguns antibióticos de última linha usados nos cuidados habituais.

Os micróbios resistentes continuavam a ter POPG nas suas membranas, pelo que o material atacava uma característica que os antibióticos normalmente ignoram.

Por se tratar de um alvo estrutural, esta abordagem pode apoiar o controlo de infeções sem exigir que um único medicamento faça todo o trabalho.

As feridas cicatrizaram mais depressa

Em feridas infetadas de animais, as formas de óxido de grafeno reduziram o crescimento bacteriano enquanto a pele se fechava mais rapidamente.

Ratos tratados com películas, fibras ou pó apresentaram menos bactérias após vários dias e menor inflamação dos tecidos.

As feridas em porcos constituíram um teste mais exigente, dado que a pele destes animais se comporta de forma mais semelhante à pele humana do que a pele de ratinho durante a cicatrização.

O fecho mais rápido só é relevante se a segurança se mantiver, pelo que os resultados em animais maiores tornaram a descoberta mais difícil de desvalorizar.

As fibras mantiveram-se ativas

A fiação de óxido de grafeno em nanofibras, fios ultrafinos utilizados em materiais semelhantes a tecidos, deu ao material uma forma prática.

As fibras de náilon mantiveram as folhas onde as bactérias lhes podiam tocar, preservando simultaneamente a química da superfície.

A lavagem com água não eliminou a ação antibacteriana, o que aponta para máscaras, uniformes e tecidos médicos reutilizáveis.

A atividade reutilizável poderá reduzir tratamentos químicos agressivos, embora a durabilidade ainda tenha de resistir ao suor, à fricção e à lavagem fora do laboratório.

A segurança exige contexto

Os dados de segurança vieram de ensaios celulares e de modelos de feridas infetadas, e não de ensaios clínicos em doentes humanos.

Células de mamíferos semelhantes às humanas apresentaram toxicidade mínima após 72 horas, enquanto os tecidos animais revelaram hemorragia e inflamação limitadas.

Ainda assim, o desempenho do óxido de grafeno pode variar consoante o tamanho da folha, a dose, a pureza e o material que o suporta.

Um material seguro num determinado desenho pode necessitar de novos testes quando é integrado numa escova de dentes, num penso ou num dispositivo.

10 milhões de escovas de dentes de grafeno

Antes de o mecanismo ser compreendido, uma escova de dentes de grafeno baseada em patentes relacionadas já tinha vendido mais de 10 milhões de unidades.

Esse número de vendas não comprovava a biologia, mas mostrava que os consumidores já contactavam diariamente com o material fora dos contextos de investigação.

O GrapheneTex, um material têxtil à base de grafeno, também chegou a uniformes desportivos associados aos Jogos Olímpicos de Paris de 2024.

A presença comercial aumenta a importância da questão, pois os produtos devem assentar em provas, e não apenas em alegações de marketing antibacteriano.

O futuro das escovas de dentes de grafeno

Os têxteis médicos necessitam de materiais que impeçam os germes de se instalarem, sem causar danos na pele ou nos tecidos.

Os médicos poderão usar essa característica em pensos para feridas, tecidos cirúrgicos ou sensores vestíveis que permanecem em contacto com o corpo durante longos períodos.

“Este estudo é um exemplo de como revelar cientificamente porque é que o grafeno pode matar seletivamente bactérias, mantendo-se seguro para o corpo humano”, afirmou Kim.

Esta explicação apoia aplicações práticas, mas não transforma o óxido de grafeno num substituto para todos os antibióticos.

Uma escova de dentes, um têxtil e uma ferida infetada apontam agora para a mesma lição: a química de superfície adequada pode tornar seletiva a ação antibacteriana.

Antes de o material conquistar uma utilização mais ampla em hospitais ou em equipamento do quotidiano, o trabalho futuro terá de ajustar o tamanho das folhas, a dose, o desenho dos tecidos e as regras de segurança.