Uma equipa da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, apresentou um método que gera luz dentro do corpo utilizando ultrassom e nanopartículas mecanoluminescentes. A técnica, descrita por Shan Jiang e colegas, pretende superar a limitação fundamental das terapias baseadas em luz, que hoje se restringem a tecidos superficiais devido à baixa penetração dos comprimentos de onda ópticos.
Limitação da luz e necessidade de métodos não invasivos
Luz visível e ultravioleta têm aplicação consolidada na estimulação de neurónios, no controlo de crescimento celular e em terapias fotodinâmicas contra o cancro. Contudo, essas abordagens exigem acesso direto ao local de tratamento, frequentemente por meio de fibras ópticas ou remoção cirúrgica de tecido, procedimentos invasivos que aumentam riscos e restringem o uso clínico a tumores próximos da pele. A dificuldade decorre da rápida absorção e dispersão da luz em camadas profundas, problema que o ultrassom não enfrenta: ondas acústicas atravessam ossos, músculos e órgãos com menor atenuação.
Procurando uma solução que combine a segurança do ultrassom com os benefícios da fototerapia, o grupo de Stanford apostou na mecanoluminescência — fenómeno em que certos materiais convertem energia mecânica em radiação luminosa. A escolha recaiu sobre um aluminato de estrôncio dopado com európio e disprósio (Sr4Al14O25:Eu,Dy), cerâmica conhecida em aplicações industriais mas agora miniaturizada para uso biomédico.
Nanopartículas activadas por ultrassom
Os cientistas moeram a cerâmica até obter partículas nanométricas e aplicaram um revestimento biocompatível que permite a suspensão em solução aquosa sem agregação. Após injecção na corrente sanguínea de camundongos, os vasos transportaram os nanomateriais para vários órgãos, incluindo cérebro, medula espinhal, intestino e músculos. Quando feixes de ultrassom foram dirigidos a regiões específicas, cada partícula na área focal emitiu luz azul com comprimento de onda de 490 nm.
O processo segue etapas bem definidas:
1. A sonda de ultrassom, idêntica às usadas em exames de imagem convencionais, concentra energia acústica num ponto interno.
2. A energia mecânica das ondas faz vibrar a rede cristalina do aluminato de estrôncio.
3. Átomos dopantes capturam essa energia e liberam fotões, criando micro-fontes de luz no local exacto desejado.
Por dispensar fibras ópticas ou incisões, o método permite programar múltiplos pontos luminosos em sequência ou simultaneamente, bastando mover o foco acústico. Nos testes, os investigadores geraram emissões em vários órgãos num único procedimento, demonstrando compatibilidade com a função de imagem do ultrassom, que continuou a mostrar as estruturas internas enquanto a luz era produzida.
Estímulo neural e movimento controlado em camundongos
Além da prova de conceito em tecidos diversos, a equipa avaliou o potencial neurológico da tecnologia. Partículas presentes no córtex motor foram ativadas em padrões que desencadearam viragens voluntárias dos animais para a esquerda ou para a direita, conforme a zona cerebral estimulada. O resultado comprova a viabilidade de manipular circuitos neuronais sem implantar eletrodos nem recorrer a cirurgias invasivas.
A resposta comportamental sugere aplicações futuras em optogenética, área que recorre à luz para regular actividade de neurónios geneticamente modificados. Actualmente, a optogenética humana é limitada pelo acesso óptico restrito; o ultrassom com nanopartículas pode ampliar esse alcance, criando possibilidades para investigação de doenças neurológicas e, a longo prazo, terapias de reabilitação motora.
Caminho para uso clínico e desafios de segurança
Embora o material tenha demonstrado eficiência em roedores, o professor Guosong Hong, co-autor do estudo, ressalva que a composição atual carece de aprovação para administração em humanos. O grupo procura alternativas com propriedades mecanoluminescentes semelhantes, mas formadas por elementos já aceites em dispositivos médicos, reduzindo o risco de toxicidade ou reacções adversas.
Imagem: Tecnologia e Inovação
Outro passo envolve a optimização do espectro luminoso. A emissão azul serve para excitar determinados fotoreceptores neuronais e ativar compostos usados em terapia fotodinâmica, mas nem todas as aplicações requerem esse comprimento de onda. Materiais ajustados para ultravioleta podem esterilizar tecidos contaminados, enquanto emissores de vermelho ou infravermelho próximo penetrariam ainda mais fundo, actuando sobre regiões maiores ou activando fármacos sensíveis a esses fotões.
Em paralelo, engenheiros biomédicos investigam a dosimetria necessária para equilibrar intensidade acústica, quantidade de nanopartículas e duração dos pulsos, garantindo geração de luz suficiente sem aquecer excessivamente os tecidos. Ensaios prolongados observarão a eliminação dos nanomateriais pelo sistema imunitário e eventual acumulação em órgãos como fígado e baço.
Potencial impacto em oncologia e além
Nas terapias fotodinâmicas actuais, tumores localizados em vias aéreas, esófago ou pele recebem um agente fotossensível que, sob luz, cria radicais livres letais para as células cancerígenas. Com a nova abordagem, o mesmo princípio poderá chegar a neoplasias profundas, incluindo fígado, pâncreas ou cérebro, hoje de difícil acesso. O ultrassom guiado por imagem determinará a área exacta a tratar, activando a luz apenas no alvo e minimizando danos ao tecido saudável.
Outros cenários possíveis incluem:
• Recuperação muscular acelerada por fotoestimulação localizada.
• Modulação de dor crónica através de neurónios sensoriais activados por luz.
• Controlo de libertação de fármacos encapsulados em nanocompostos fotossensíveis.
Hong afirma que, apesar de a tecnologia ainda estar em estágio pré-clínico, a prova de conceito demonstra a capacidade de produzir emissão luminosa programável em qualquer profundidade, usando equipamentos de ultrassom já disponíveis em hospitais. Essa compatibilidade favorece a adoção, pois não exige infra-estrutura nova, apenas o desenvolvimento de um meio de contraste luminogénico seguro.
Se futuros estudos confirmarem biocompatibilidade, estabilidade e eficácia terapêutica, a combinação de ultrassom e mecanoluminescência poderá integrar protocolos padrão em oncologia, neurologia e medicina regenerativa, permitindo tratar regiões antes inatingíveis pela luz sem recorrer a procedimentos invasivos.
