A purificação de enzimas e proteínas é uma etapa central na fabricação de vacinas e fármacos e em processos biotecnológicos de modo geral. Quanto mais puras as enzimas, mais confiável é o produto final. O problema é que essa etapa também figura entre as mais caras de toda a cadeia produtiva. Para reduzir esse custo e ampliar a precisão do processo, pesquisadores do Laboratório de Processos Eletroquímicos e Anticorrosão da Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp desenvolveram um material que combina dois polímeros e usa força elétrica para fixar íons metálicos com mais firmeza e eficiência.

Parte do processo de purificação depende de metais, já que algumas enzimas e proteínas têm afinidade química natural por determinados íons metálicos, como um anzol que fisga a enzima desejada. Nesse caso, o criogel desenvolvido pelos pesquisadores funciona como a linha que sustenta esse anzol, e foi justamente essa ligação que a equipe da FEQ conseguiu tornar mais estável, abrindo caminho para a aplicação da tecnologia em processos de purificação de biomoléculas. O criogel, ponto central da tecnologia, é um material sólido, altamente poroso e com formato definido, produzido em moldes específicos num processo que se inicia com o seu congelamento (daí o nome).

A tecnologia, protegida pela Agência de Inovação Inova Unicamp, é resultado de seis anos de pesquisa, iniciada em março de 2020. O trabalho já rendeu uma patente concedida, uma tese de doutorado, um mestrado em andamento e, recentemente, o pedido de depósito de uma segunda patente referente ao novo material desenvolvido pelo grupo.

A pesquisa nasceu de uma limitação observada em estudos conduzidos por outros grupos de pesquisa da Unicamp. Esses pesquisadores investigavam a adsorção (acúmulo superficial) de metais em criogéis de poliacrilamida para fins de purificação de enzimas, mas os resultados não eram satisfatórios. O processo de adsorção convencional captura íons metálicos na superfície interna do criogel, porém por interações muito fracas, o que permite que esses íons se desprendam do material ao longo do tempo ou durante a própria purificação, contaminando as enzimas.

A partir dessa lacuna, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto, docente da FEQ, propôs uma solução diferente. A ideia foi associar o processo de adsorção já existente a um potencial elétrico. Com a força elétrica, a expectativa era tornar a captura dos íons mais intensa e estável, impedindo que os metais migrassem do criogel para o meio no qual as enzimas estavam sendo purificadas. “A presença do metal no criogel é o que facilita a purificação das enzimas”, explica o pesquisador. O resultado inicial superou as expectativas, especialmente para a eletroadsorção de cobre, o que abriu caminho para a primeira patente do grupo.

Diferentemente de materiais em pó ou granulados, o criogel tem estrutura uniforme e pode ser dimensionado conforme a necessidade da aplicação. No contexto da purificação de enzimas, ele funciona como um suporte para os íons metálicos que interagem seletivamente com a enzima de interesse. O processo de purificação que utiliza esse material é chamado de cromatografia, uma técnica amplamente empregada em laboratórios científicos e industriais. Ela consiste na passagem de um líquido por uma coluna preenchida com o material de suporte. À medida que o líquido escoa pelo interior da coluna, determinados compostos ficam retidos, enquanto outros passam livremente. Essa retenção diferenciada é o que permite separar a enzima de interesse das demais substâncias presentes na mistura.

Com o processo de eletroadsorção do cobre validado, o grupo passou a investigar a incorporação de outros íons metálicos ao criogel. Foi nesse estágio que surgiu um novo desafio. A poliacrilamida pura apresentava condutividade elétrica limitada para a eletroadsorção de determinados íons, impedindo que demonstrasse a mesma eficiência obtida em ensaios preliminares. A solução encontrada foi criar um compósito de poliacrilamida e polianilina, um polímero intrinsecamente condutor.

O caminho até chegar a esse novo material não foi simples. O grupo testou ao longo dos últimos anos algumas rotas de síntese completamente distintas. Apenas uma delas produziu o resultado esperado. “Não foi um caminho simples, em que misturamos os polímeros e eles magicamente funcionaram. Foi uma jornada longa”, relata o professor. Com o compósito bem sucedido, a condutividade do criogel aumentou de forma significativa, permitindo eletroadsorver os metais de forma mais eficiente e ampliando as aplicações desse processo.

O novo material é hoje objeto de uma dissertação de mestrado em andamento no laboratório, conduzida por Nicolas Bottega Lima, aluno de pós-graduação da FEQ. O compósito foi protegido junto à Inova Unicamp como segunda patente do grupo, e o pedido segue em análise. A proteção ocorreu antes da divulgação pública dos resultados, estratégia adotada pela Inova Unicamp para que o pedido de patente não perdesse a novidade, um dos critérios avaliados pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial (Inpi) na concessão de patentes.

A tecnologia tem aplicação direta nos laboratórios que trabalham com produção e purificação de enzimas. Entre os segmentos mais beneficiados estão os laboratórios farmacêuticos, que utilizam enzimas em processos que vão desde a cinética de fermentações industriais até a fabricação de vacinas e outros fármacos de alto valor agregado. Como o processo de purificação representa um dos maiores custos nessa cadeia, uma alternativa mais eficiente e seletiva tem potencial de impacto econômico relevante. Outra possibilidade de aplicação da tecnologia seria na remoção de metais de efluentes industriais, na qual o criogel atuaria como adsorvente para a captura e recuperação dos metais.

Almeida Neto aponta que, embora a tecnologia tenha sido desenvolvida com foco na purificação enzimática, ela é versátil e pode, futuramente, ser adaptada para outras substâncias ainda não avaliadas. Um caminho promissor é a investigação da eletroadsorção de moléculas polares. Nesse caso, a atração ocorreria não porque elas têm carga elétrica, mas porque apresentam regiões positivas e negativas em sua estrutura. Essa ampliação abriria novas frentes de aplicação para o processo e para o material.

Para chegar ao mercado, a tecnologia precisa ser licenciada por empresas ou instituições interessadas em processos de purificação mais eficientes. A Agência de Inovação Inova Unicamp viabiliza essa conexão entre a pesquisa acadêmica e o setor produtivo, operacionalizando o processo de transferência de tecnologia por meio do formulário de conexão com empresas. Outras tecnologias desenvolvidas na Unicamp também estão disponíveis para licenciamento no Portfólio de Tecnologias da Universidade.