A função transformadora dos catalisadores e da catálise

Desde assar um pão até fazer papel, humanos aproveitam, sem saber, o poder da catálise há milhares de anos. Na verdade, quase tudo na nossa vida diária é produzido pelo processo de catálise. Catalisadores são substâncias que facilitam as reações químicas, diminuindo a energia de ativação necessária para que a reação ocorra. Eles aumentam a taxa da reação sem serem consumidos ou alterados permanentemente no processo. Suas propriedades únicas os tornaram indispensáveis numa infinidade de aplicações vitais no mundo real, desde combustíveis e pesticidas até o desenvolvimento de produtos farmacêuticos que salvam vidas.

Por exemplo, uma das mais proeminentes reações aceleradas por catalisadores, o “processo Haber-Bosch”, produz amônia para fertilizantes e para a agricultura em escala industrial. O uso de catalisadores reduz tremendamente o custo e acelera a produção de amônia. Atualmente, o processo Haber-Bosch ainda é o principal método de produção de amônia.

Outro exemplo são os conversores catalíticos para carros que usam platina, paládio ou ródio para reduzir em 90% as emissões de compostos tóxicos como hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio.

A função dos catalisadores na química sustentáveis

Embora a sustentabilidade possa parecer uma palavra que está na moda há pouco tempo, as práticas ambientais sustentáveis permanecem firmes na agenda desde a publicação do “Nosso Futuro Comum” pela Organização das Nações Unidas (ONU) em 1987. Este relatório inovador traçou princípios que orientam o desenvolvimento sustentável como é geralmente entendido hoje. Ele definiu o conceito como o “desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem as suas próprias necessidades”. Essa definição resume a importância de implementar a sustentabilidade na fabricação de todos os produtos.

A crescente ênfase na sustentabilidade desencadeou um movimento transformador em direção à química sustentável ou química “verde”, revolucionando como concebemos produtos e processos. Essa abordagem inovadora procura aumentar a eficiência da utilização de recursos naturais na produção química. Três caminhos determinantes têm sido seguidos para atingir esse objetivo: minimizar o consumo de energia, adotar produtos químicos ecológicos e gerir o ciclo de vida dos materiais com eficácia. Com esses métodos, a química sustentável prepara o caminho para um futuro mais verde e que usa os recursos de maneira mais eficiente.

Os catalisadores desempenham um papel fundamental em nossa busca por práticas sustentáveis, oferecendo uma ferramenta valiosa para viabilizar os objetivos. Eles contribuíram para a criação de plásticos biodegradáveis, pois reduzem a nossa dependência de materiais nocivos. Além disso, os catalisadores são fundamentais na produção de combustíveis e fertilizantes, otimizando a eficiência e minimizando o desperdício. Ao aproveitar o poder da catálise, conseguimos alcançar feitos notáveis em vários campos, na medida em que abraçamos a sustentabilidade como princípio orientador.

Com a crescente procura por catalisadores, aumenta a busca por produtos ecológicos para resolver problemas relacionados com a produção de energia sustentável, reduzir as emissões industriais e combater as mudanças climáticas. Usando os dados do CAS Content Collection™, vamos explorar as tendências atuais da pesquisa de catalisadores sustentáveis, destacando os principais avanços nesse campo.

Tornando os catalisadores mais sustentáveis

Metais nobres como platina, paládio e irídio são amplamente utilizados por suas propriedades catalíticas desejadas, tais como alta estabilidade e tolerância à temperatura. Também são usados para acelerar uma ampla gama de reações químicas, dentre elas o Acoplamento Sonogashira, o acoplamento Suzuki-Miyaura e a reação Heck.

No entanto, a utilidade dos metais nobres é dificultada pelo alto custo e disponibilidade limitada. Esses metais preciosos são obtidos principalmente de grandes quantidades de minérios de baixo teor, exigindo extensos esforços de mineração para extrair até mesmo pequenas quantidades. O processo de extração não só exige um consumo significativo de energia, mas também apresenta possíveis danos ambientais. Consequentemente, a utilização de metais nobres em aplicações catalíticas deve ser cuidadosamente ponderada em relação ao impacto ambiental e à sustentabilidade de tais práticas.

As limitações impostas pelos custos econômicos e ambientais dos metais nobres, associadas à crescente procura global por catalisadores, estimularam os pesquisadores a explorar opções alternativas, particularmente metais de transição não nobres como titânio, ferro, cobalto e níquel. Esses metais oferecem diversas vantagens sobre seus nobres correspondentes. Em primeiro lugar, são mais abundantes, garantindo um fornecimento sustentável para aplicações catalíticas. Além disso, os metais de transição não nobres são mais baratos, o que os tornam escolhas viáveis economicamente. Além disso, apresentam baixos níveis de toxicidade, o que reduz possíveis riscos, tanto na produção quanto na aplicação. É importante ressaltar que são metais ambientalmente benignos, minimizando os impactos ecológicos adversos.

Embora os metais não nobres representem uma alternativa promissora, é importante reconhecer que eles apresentam seus próprios desafios. Os metais não nobres são frequentemente mais reativos que os metais nobres; essa reatividade pode levar à degradação dos catalisadores (reduzindo sua durabilidade) e a uma atividade catalítica menos seletiva (podendo levar à formação de subprodutos, geração de resíduos e redução da eficiência do processo). Além disso, a caracterização de metais não nobres pode ser complexa e exigente (Tabela 1).

Mesmo assim, o desenvolvimento de catalisadores sustentáveis com metais não nobres vem ganhando força. Insights do CAS Content Collection revelam um grande aumento nas publicações sobre catalisadores/catálise de metais não nobres entre 2012–2022 (Figura 1).

Tecnologias e avanços na catálise

Nas últimas décadas, foi desenvolvida uma série de catalisadores especializados para aplicações essenciais do mundo real. Esses catalisadores se enquadram amplamente em quatro subcategorias: eletrocatalisadores, fotocatalisadores, catalisadores homogêneos e biocatalisadores (ou enzimas).

Dados do CAS Content Collection mostram que as publicações relacionadas a eletrocatalisadores usando catalisadores de metais não nobres são dominantes na química sustentável (Figura 2 e Figura 3). Os eletrocatalisadores participam de reações eletroquímicas tanto como eletrodos quanto como materiais catalíticos aplicados à superfície dos eletrodos. Tradicionalmente, a platina que tem sido amplamente utilizada em eletrocatálise. No entanto, sua disponibilidade limitada e custo elevado levaram os pesquisadores a explorar alternativas. Um exemplo digno de nota envolve o uso de grafeno dopado com nitrogênio aumentado com átomos de cobalto, que provou ser um catalisador eficiente e durável para gerar hidrogênio a partir da água. Abordagens como esta representam um passo significativo em direção a catalisadores de baixo custo para produção de energia.

A fotocatálise é um processo pelo qual materiais semicondutores absorvem energia luminosa e produzem pares de buracos de elétron que acionam reações de redução e oxidação. Isso é importante para resolver problemas energéticos e ambientais em reações, como a divisão da água para produzir hidrogênio e a decomposição de poluentes, respectivamente (Figura 4). No entanto, um grande desafio de pesquisa é encontrar materiais semicondutores de metais não nobres capazes de dividir a água usando apenas energia solar. Diversas estratégias estão sendo exploradas nessa área, inclusive o uso de cocatalisadores ou nanointegração multicomponente .

Metais nobres como platina e paládio também são predominantes na catálise homogênea devido à sua alta atividade, estabilidade e versatilidade. No entanto, encontrar substitutos para metais nobres em catalisadores homogêneos apresenta um desafio complexo e contínuo para os pesquisadores. Uma reação importante acelerada por esses catalisadores é o acoplamento Sukuzi. Ficaram famosos os relatórios em que os autores alegaram demonstrar o acoplamento Suzuki livre de paládio, que mais tarde soube-se que era catalisado com baixos níveis de contaminantes de paládio. Porém, é promissor o uso de iniciadores de reações radicais como iodo, eosina e iodeto de tetrabutilamônio nessa área. (Figura 5).

Os biocatalisadores, que são catalisadores à base de enzimas, são um excelente exemplo de catalisadores ecológicos e sustentáveis. Produzidos a partir de matérias-primas renováveis disponíveis imediatamente, eles são orgânicos, biodegradáveis, não tóxicos e podem funcionar sob condições de reação moderadas. Uma aplicação em potencial importante dos biocatalisadores é a geração sustentável de biocombustíveis a partir de óleos e gorduras vegetais pela transesterificação de ácidos graxos com metanol. A reação produz biodiesel (ésteres metílicos de ácidos graxos) e glicerol como subproduto (Figura 6). A combinação de biocatalisadores e catalisadores metálicos também é uma abordagem emergente para alcançar a sustentabilidade da produção de moléculas valiosas.

Um catalisador para a mudança

Na sequência da Conferência das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (COP27) e da Conferência das Nações Unidas sobre Biodiversidade (COP15), houve um aumento notável nos compromissos empresariais na adoção de práticas mais sustentáveis. Como os catalisadores continuam indispensáveis na indústria química, há um ímpeto crescente para explorar novos conceitos catalíticos que aumentem a eficiência e a sustentabilidade da fabricação de produtos essenciais. Como reconhecimento dessa necessidade, o Departamento de Energia dos EUA assumiu um compromisso específico de apoiar a pesquisa de catalisadores essenciais.

Os avanços significativos na pesquisa de catalisadores sustentáveis na última década significam que a procura por soluções ambientalmente corretas está bem encaminhada. Embora todo o potencial deste mercado ainda não tenha sido concretizado, prevemos um futuro promissor para catalisadores à base de metais não nobres em diversos domínios que abrangem substâncias orgânicas, inorgânicas e biológicas.

Para obter mais informações sobre o futuro da catálise sustentável, convidamos você a explorar nossa recente publicação na ChemRxV.

Maximizar o ROI da digitalização: um desafio para as empresas farmacêuticas

Em média, as empresas farmacêuticas levam de 10 a 15 anos para desenvolver, validar e comercializar um produto novo. No entanto, a recente pandemia de COVID-19 e o desenvolvimento bem-sucedido e veloz de uma vacina de mRNA revelaram o potencial das ferramentas digitais para acelerar processos. Esse grande evento aprofundou o interesse da indústria farmacêutica de enfrentar a transformação digital e implementar ferramentas cognitivas nos seus processos. Porém, a digitalização é um processo complicado e difícil de ser realizado com sucesso.

Cerca de 55% das empresas farmacêuticas afirmam usar as tecnologias digitais até certo ponto. No entanto, a falta de conhecimento especializado em gestão do conhecimento e de experiência com ferramentas digitais muitas vezes transforma uma iniciativa inteligente num investimento questionável. Como cerca de 70% dos programas de digitalização falham, as empresas farmacêuticas precisam reavaliar onde investir os recursos para a digitalização e otimizar suas estratégias de implementação para obter vantagens competitivas e gerar produtos farmacêuticos que transformam vidas.

Com uma compreensão profunda e robusta da gestão do conhecimento, das ferramentas cognitivas e de como elas se interligam, as empresas farmacêuticas poderão revolucionar seus processos em todos os níveis e promover uma melhora nos serviços de saúde globais.

Digitalização e gestão do conhecimento: facilitando o acesso aos dados em toda a empresa para acelerar a inovação

As empresas farmacêuticas geram volumes enormes de informações, desde informações sobre ingredientes, formulações e dados de ensaios clínicos a relatórios de tempo de processamento, produção e controle de qualidade. Esses novos documentos se acumulam rapidamente ao usar fontes de informações legadas existentes e bancos de dados isolados, tornando a busca e a recuperação um desafio. Não estruturados e não harmonizados, os resultados de experiências anteriores se perdem no mundo dos “dados obscuros”, representando cerca de 55% de todo o conhecimento da organização.

Sem acesso fácil aos dados históricos entre departamentos, as empresas farmacêuticas provavelmente repetirão erros anteriores ou investigarão questões que já foram respondidas. A digitalização é fundamental para acelerar a inovação e reduzir significativamente o tempo de lançamento do produto no mercado.

As empresas farmacêuticas estão transformando documentos históricos, como diários, conjuntos de dados e relatórios de laboratório em ativos pesquisáveis, inseridos em uma plataforma de gestão de conhecimento conectada. Isso permite que pessoas da organização toda acessem informações sobre ingredientes, detalhes de fornecedores, diretrizes regulatórias e outras informações científicas e comerciais. Essas empresas estão dando um passo à frente ao introduzir uma interface de usuário online para conectar equipes em diferentes departamentos e regiões.

Com uma digitalização cuidadosa, as empresas farmacêuticas vão facilitar, agilizar e expandir ainda mais a P&D, a produção e a comercialização, e, simultaneamente, promover o trabalho interdisciplinar e a colaboração internacional.

Simplificando o desenvolvimento de medicamentos: acelerando a inovação de terapias com ferramentas cognitivas

A era da digitalização está transformando a indústria farmacêutica, ao fornecer aos pesquisadores ferramentas revolucionárias para melhorar o tempo de lançamento no mercado e aumentar a segurança.

O desenvolvimento de vacinas contra a COVID-19 em menos de um ano tornou a Pfizer o centro das atenções da indústria farmacêutica. Ainda que a eficiência da força de trabalho da Pfizer seja indiscutível, o tempo de resposta sem precedentes e a vantagem competitiva da empresa estão fundamentados em pipelines bem-estabelecidos, implementados muito antes da pandemia. Uma pioneira em estratégias digitais, a Pfizer compreendeu o potencial transformador da gestão do conhecimento, da análise de dados e das iniciativas de IA para o setor farmacêutico e incorporou-as em suas operações diárias.

Com décadas de experiência e dados de pesquisa disponíveis, as gigantes farmacêuticas podem restringir os principais candidatos às melhores e mais seguras opções. Por exemplo, algoritmos baseados em IA combinados com dados clínicos anteriores permitiram aos pesquisadores conceber e supervisionar extensos ensaios clínicos com modelos preditivos em tempo real das taxas de ataque da COVID-19. Expandindo os limites para além das portas do laboratório, as estratégias de gestão do conhecimento e os modelos de IA permitiram realizar a previsão de inventário e o monitoramento da cadeia de suprimentos, agilizando o desenvolvimento, a distribuição e a acessibilidade das vacinas.

Bases de dados robustas e ferramentas cognitivas implementadas em toda a cadeia de valor deram à Pfizer uma vantagem definitiva na corrida pelas vacinas contra a COVID-19. Da seleção inicial de candidatos a medicamentos ao monitoramento do tratamento, ficou comprovado o poder das ferramentas cognitivas na aceleração do desenvolvimento de medicamentos. No entanto, as previsões de IA só atingem todas as suas capacidades se forem devidamente treinadas com conjuntos de dados limpos, tratados e protegidos. Para lançar ou otimizar a IA em fluxos de trabalho de P&D da indústria farmacêutica, você deve primeiro avaliar a qualidade dos dados e da infraestrutura de gestão do conhecimento.

Digitalização e segurança de dados: proteção de informações proprietárias, privacidade do paciente e integridade da pesquisa

Por meio de extensas fases de descoberta de medicamentos e ensaios clínicos, a indústria farmacêutica tem acesso a processos críticos de fabricação e informações sobre a saúde dos pacientes. São dados preciosos para concorrentes e pessoas mal-intencionadas. Com o crescimento dos ataques cibernéticos (quase 1 a cada 39 segundos) e do roubo de identidade médica (35% em 2019), a implementação de estratégias de segurança robustas na indústria farmacêutica é agora uma questão urgente.

Os relatórios definem as empresas farmacêuticas como os principais alvos dos ciberataques, com 53% das violações de privacidade resultantes de atividades maliciosas. As informações confidenciais espalhadas por diferentes departamentos, plataformas e software tornam um desafio para as empresas garantir a proteção de dados e um ambiente seguro. A implementação de uma interface de gestão do conhecimento completa permite à organização impor um controle rígido de acesso do usuário e, ao mesmo tempo, eliminar violações de dados. Plataformas colaborativas em nuvem com canais seguros onde pesquisadores e médicos possam compartilhar informações sensíveis com segurança e evitar riscos de corrupção de dispositivos se tornaram mais comuns na indústria farmacêutica. No entanto, a transição de soluções legadas locais e isoladas para plataformas em nuvem ou versões híbridas personalizadas é complexa e de adoção lenta. Para agilizar a transição para ecossistemas atualizados de gestão do conhecimento e salvaguardar os dados, as empresas farmacêuticas devem procurar parceiros de transformação digital com conhecimento na área.

A transformação digital na indústria farmacêutica

A digitalização tem o potencial de transformar drasticamente a indústria farmacêutica, permitindo uma melhor gestão do conhecimento, uma inovação acelerada e uma maior segurança dos dados e, simultaneamente, reduzir o tempo de lançamento dos medicamentos no mercado. No entanto, uma estratégia de transformação digital mal concebida pode gerar desperdício de recursos e aumentar os riscos.

À medida que continua a evolução da transformação digital da indústria farmacêutica, as tecnologias digitais e ferramentas cognitivas estão ocupando todos os aspectos da indústria, ao permitir um desenvolvimento mais rápido de medicamentos e opções de tratamento ampliadas para um número crescente de doenças. A transformação digital está empenhada em levar soluções inovadoras de saúde de forma sustentável, responsável e acessível.

Para saber mais sobre transformação digital e gerenciamento de dados, confira nossos estudos de caso com o CAS Custom Services^SM.

Os dias de uma bancada cheia de produtos e rotinas com cosméticos intermináveis são coisas do passado. Na sociedade acelerada de hoje, os consumidores procuram por aquele produto que faz tudo.

Entram em ação os cosméticos funcionais.

Pode ser um produto para a pele com propriedades de hidratação, antienvelhecimento e tratamento de manchas, ou uma máscara capilar anti-frizz, reparadora de fios e condicionadora para o banho, os consumidores estão exigindo mais do que nunca dos cosméticos. Esta procura, no entanto, pressiona a indústria cosmética para continuar a formular produtos que tratem diversos problemas ao mesmo tempo.

Ao acompanhar os mais recentes desenvolvimentos em ingredientes multifuncionais, incluindo quitosana e lignina, bem como sistemas de delivery inéditos, como o uso de nanotecnologia, os formuladores podem continuar a fornecer produtos inovadores para um mercado em rápida evolução e de alta demanda.

Ingredientes heróis (hero ingredients)

Uma das grandes ferramentas que a indústria de cosméticos utiliza para formular cosméticos multifuncionais são os chamados “ingredientes heróis”. São ingredientes que oferecem diversos benefícios simultaneamente, permitindo formulações com apenas alguns ingredientes para tratar diversos problemas.

Alguns ingredientes heróis comuns de cosméticos são:

Com o maior interesse dos consumidores em listas com poucos ingredientes e em “cosméticos limpos”, os ingredientes heróis são fáceis de vender para pessoas que procuram uma resposta de um único ingrediente para todas as suas necessidades cosméticas. Além de ajudar na formulação, muitos desses ingredientes são considerados “naturais” ou “limpos”, proporcionando uma clara vantagem comercial.

Hidratantes hercúleos

Os hidratantes estão entre alguns dos ingredientes cosméticos mais versáteis. São ingredientes que geralmente fornecem hidratação para pele, cabelos e unhas e podem ser usados para desenvolver produtos multifuncionais para todas essas aplicações. Os séruns e óleos hidratantes agora são comercializados como um substituto único para uma coleção de produtos, incluindo cremes para as mãos, hidratantes faciais, hidratantes corporais e máscaras condicionadoras de cabelo.

Os ingredientes hidratantes podem fazer mais do que atingir diversas áreas do corpo. Eles podem ser usados em cosméticos multifuncionais, que também proporcionam benefícios antienvelhecimento, antioxidantes e antimicrobianos. Óleos vegetais, incluindo manteiga de karité e óleo de coco, são os candidatos mais comuns da indústria de cosméticos. No entanto, novas pesquisas identificaram a quitosana como um novo candidato.

A quitosana pode ser usada na pele e no cabelo para hidratar e proteger. Acredita-se que dentre os benefícios da quitosana estão:

• Propriedades umectantes
• Propriedades emolientes
• Propriedades antimicrobianas
• Condicionamento cutâneo
• Proteção UV
• Propriedades antioxidantes

Antioxidantes incríveis

Quitosana, como ingrediente com propriedades antioxidantes, se juntará a outros produtos cosméticos básicos como manteiga de karité, óleo de coco, niacinamida e própolis. Cada ingrediente aporta a própria multifuncionalidade, criando um conjunto de opções na formulação de cosméticos com atividade antioxidante.

Outro candidato recente para cosméticos antioxidantes é a lignina. Derivada de fontes naturais, incluindo a cana-de-açúcar, a lignina possui atividade antioxidante distinta, que pode ser aproveitada para aplicações cosméticas. Em um estudo de 2023, a lignina demonstrou ter a capacidade igual ou levemente superior de eliminar radicais livres que o padrão de cosméticos. O estudo também mostrou que a lignina pode ser usada como pigmento cosmético natural e também como proteção UV, destacando seu potencial como um ingrediente herói do futuro.

Proteção solar espetacular

O potencial da lignina na proteção UV supera indiscutivelmente o de suas propriedades antioxidantes. Demonstrando ser um potente bloqueador de UV, tanto in vitro quanto em voluntários humanos, a lignina apresenta uma excelente oportunidade para o futuro dos cosméticos multifuncionais com proteção contra UV. Com o aumento das orientações sobre proteção solar, os consumidores procuram produtos com FPS que também tratem outros problemas de pele.

Outra via de pesquisa é a adição de ácido rosmarínico às formulações de filtros solares, que demonstrou aumentar o FPS em 41%, além de adicionar propriedades antioxidantes. Uma barreira importante para formulações de cosméticos multifuncionais com FPS é que qualquer novo ingrediente não pode comprometer a proteção solar do produto, tornando ingredientes como o ácido rosmarínico, que pode melhorar o FPS, além de trazer outros benefícios, uma excelente oportunidade para os formuladores.

Tratamentos incríveis para manchas

Os produtos para tratamento de manchas geralmente precisam ter mais de uma função, incluindo hidratação da pele, cicatrização e propriedades antioxidantes. Ingredientes anti-inflamatórios e antimicrobianos ajudam a combater as causas das manchas de acne, e os que proporcionam cicatrização de feridas e reparação da barreira cutânea podem reduzir cicatrizes. Dessa forma, os ingredientes para tratamento de manchas precisam oferecer versatilidade até mesmo em sua função principal.

Com uma ampla variedade de ingredientes antimicrobianos e anti-inflamatórios em uso na indústria de cosméticos, os formuladores têm diversos ingredientes ativos à disposição. Aloe vera, hamamelis, ácido salicílico, peróxido de benzoíla e retinol são escolhas comuns para tratamento de manchas, oferecendo propriedades antimicrobianas e anti-inflamatórias a produtos como hidratantes.

No entanto, os ingredientes heróis são só parte da história. Métodos inovadores de delivery dos ingredientes aumentam sua eficácia e longevidade. Recentemente, foi desenvolvido um sistema de delivery de ingredientes cosméticos antiacne por nanotecnologia para liberar os ingredientes ativos lentamente ao entrar em contato com a pele e apresentou maiores propriedades antimicrobianas e antioxidantes.

A formulação perfeita

A indústria de cosméticos está enfrentando o desafio de criar formulações mais avançadas e versáteis do que nunca, à medida que os consumidores continuam a simplificar suas rotinas com cosméticos. O uso pleno de ingredientes heróis para agregar mais funcionalidade às fórmulas cosméticas ajudará os desenvolvedores a atingir esse objetivo e manter seus produtos na vanguarda desta nova onda de cosméticos multifuncionais.

Investir em ingredientes heróis emergentes, como quitosana e lignina, ajudará os formuladores a avançar no desenvolvimento de produtos, e a adoção de novos sistemas de delivery usando nanotecnologia pode obter mais funcionalidade dos ingredientes existentes do que nunca. Manter-se atualizado com as pesquisas mais recentes em cosméticos multifuncionais continuará a apoiar o desenvolvimento inovador e a quebrar os limites do que os consumidores podem esperar dos produtos cosméticos.

Leia mais sobre como o CAS pode ajudar a criar a formulação perfeita, ao descobrir como fizemos uma parceria com a Citrine para prever deformulações usando IA.

Com as mudanças nos hábitos alimentares dos consumidores, por razões pessoais e de saúde, bem como com a pressão social no sentido de práticas alimentares mais sustentáveis, a popularidade das carnes à base de plantas disparou nos últimos anos. As inovações no setor continuam a aumentar a qualidade das alternativas à carne e a produzir mais opções do que nunca, gerando um mercado diversificado e competitivo.

Dado que a sustentabilidade da carne vegetal é um dos maiores impulsionadores do aumento do interesse do público por esses produtos, os consumidores procuram alternativas que possam ser utilizadas para reduzir o consumo de carne e diminuir o impacto ambiental sem sacrificar as suas experiências alimentares favoritas. Como os fabricantes podem fornecer um produto sustentável e de qualidade que satisfaça as elevadas expectativas dos consumidores quanto a sabor e textura?

As alternativas baseadas em plantas são mesmo sustentáveis?

Os impactos ambientais negativos causados pela indústria da produção de carne têm sido documentados e compreendidos há muito tempo. As emissões geradas pela pecuária e pela própria indústria combinadas são responsáveis por cerca de 15% dos gases de efeito estufa globais. Com previsão de aumento dessas emissões de 9% até 2031, tornam-se mais críticas do que nunca soluções que reduzam a demanda por carne.

As inovações da carne vegetal são uma dessas soluções. Quando se trata somente de emissões de carbono, as carnes vegetais chegam a ser até 120 vezes mais eficientes que os produtos de carne. Um estudo recente de 2021 apurou que os hambúrgueres vegetais têm uma influência 77% menor sobre as alterações climáticas que os hambúrgueres de carne bovina, com redução no uso da terra e água, na eutrofização e na acidificação.

A principal crítica feita contra a sustentabilidade da carne vegetal é que os produtos alternativos à carne podem não ser tão sustentáveis quanto uma dieta de alimentos vegetais integrais. Embora seja um debate válido, as alternativas à carne oferecem aos consumidores de carne uma mudança comportamental mais viável do que mudar diretamente para uma dieta de alimentos vegetais integrais, proporcionando-lhes uma transição mais suave para uma solução sustentável.

Fazendo a mudança

Apesar da preocupação generalizada com a crise climática e da compreensão quanto ao impacto ambiental da pecuária, muitos consumidores ainda têm dificuldade de cortar a carne da alimentação. Querer ser mais sustentável muitas vezes não é suficiente para impulsionar a mudança comportamental de reduzir ou eliminar o consumo de carne. A carne vegetal é um substituto da carne que oferece o caminho perfeito para superar esse dilema.

Ao desenvolver produtos vegetais com sabor e textura semelhantes aos produtos de origem animal, os inovadores oferecem aos consumidores a oportunidade de desfrutar o melhor dos dois mundos. Visar o público flexitariano é fundamental para os fabricantes, dado que os substitutos da carne são muito procurados pelos consumidores que não pretendem fazer uma transição completa para uma dieta vegetariana. Uma análise da Universidade de Bath relatou que 90% dos consumidores de carnes e laticínios vegetais ainda mantinham a carne na alimentação.

Os consumidores estão comprando a ideia de que podem aumentar a sustentabilidade substituindo parte do consumo de carne por alternativas à base de carne vegetal – mas será que esses produtos proporcionam essa sustentabilidade? As pesquisas mostram que sim. Ainda que sejam pequenas e factíveis, essas mudanças geram enormes impactos ao meio ambiente. Um estudo apurou que substituir apenas 5% do consumo de carne da Alemanha por proteína de ervilha reduziria as emissões de gases com efeito de estufa em 8 milhões de toneladas por ano.

Dessa forma, os fabricantes começam a trilhar um caminho autêntico rumo a um futuro mais verde – um futuro mais acessível para a maioria das pessoas. Ao continuarem a inovar e a aumentar a sustentabilidade de seus produtos, os fabricantes farão um apelo aos objetivos ambientais de seus consumidores e continuarão a incentivar mais investimentos na sustentabilidade da carne vegetal.

A escolha de uma proteína vegetal

A escolha da proteína vegetal está no centro do desenvolvimento de qualquer novo produto substituto da carne. As fontes de proteína afetam as propriedades de sabor e textura do produto, seu valor nutricional e sua sustentabilidade – todas as áreas nas quais os fabricantes precisam atrair consumidores. O crescimento considerável na demanda do consumidor levou a um valor esperado do mercado de proteínas vegetais de US$ 162 bilhões até 2030. Essa vasta indústria consiste em uma variedade de fontes para os inovadores escolherem, algumas mais estabelecidas que outras, com fontes atuais e futuras incluindo:

As fontes de proteína de soja, trigo e ervilha têm os benefícios de baixo custo, boa oferta e alto valor nutricional, tendo sido as primeiras a se estabelecerem na indústria. Com base nessas vantagens, a nova onda de fontes, incluindo milho, arroz, grão-de-bico, fungos e canola, concentra-se no aumento da funcionalidade para o desenvolvimento de produtos. Isso dará maior controle aos desenvolvedores para criar produtos com os atributos de sabor e textura que os consumidores procuram.

Dando um passo adiante, caminhos futuros, como algas e alternativas celulares, se empenham para ser as fontes de proteína mais sustentáveis até agora. Embora as atitudes dos consumidores ainda precisem mudar em relação a essas proteínas, elas são altamente renováveis e geram um impacto ambiental extremamente baixo, tornando a carne vegetal uma oferta mais sustentável.

O futuro da sustentabilidade com a carne vegetal

As alternativas de carne vegetal desempenharão um papel considerável no futuro da sustentabilidade alimentar. Como uma forma fácil para os consumidores de carne reduzirem o consumo de produtos de origem animal sem terem de alterar seu comportamento alimentar, as alternativas à carne podem encorajar uma percentagem muito maior de pessoas a reduzir o consumo de carne animal, com impactos ambientais drásticos.

Essa mudança ambiental depende de as empresas desenvolverem produtos atraentes que imitem o sabor, a textura e a aparência da carne da maneira mais fiel possível. À medida que as pesquisas avançam com fontes de proteína vegetal mais sustentáveis, é provável que a popularidade da carne vegetal continue a aumentar. Para saber mais sobre a agricultura sustentável e novas abordagens de fertilizantes que ajudarão a reduzir as emissões de carbono, leia o nosso artigo recente sobre agricultura sustentável.

A química verde começou com catalisadores ecológicos, mas o que há de mais recente neste campo emergente? Os catalisadores são indispensáveis em todas as indústrias, disciplinas e laboratórios de P&D e nosso resumo mais recente identifica as novas oportunidades, desafios e inovações. Em todas as indústrias, de energia a agricultura, produtos farmacêuticos e muito mais, os catalisadores são um componente essencial para melhorar as métricas de sustentabilidade.

O aumento global de casos de câncer

O aumento de casos de câncer e a mortalidade associada vêm crescendo rapidamente em todo o mundo, impulsionados pelo envelhecimento da população, bem como pelas mudanças na prevalência e distribuição dos principais fatores de risco para o câncer. Prevê-se que serão diagnosticados 28,4 milhões de casos de câncer em 2040: um aumento de 47% em comparação com 2020.

O câncer de mama feminino ultrapassou o câncer de pulmão como o tipo mais diagnosticado de câncer, com uma estimativa de 2,3 milhões de novos casos em 2020 (11,7%), seguidos pelos cânceres de pulmão (11,4%), colorretal (10,0%), de próstata (7,3%) e de estômago (5,6%). Imunoterapias como os inibidores de checkpoint têm se mostrado um avanço crítico no tratamento do câncer. Apesar dessa descoberta, a imunoterapia não é uma panaceia para todos os tipos de câncer. Nem todos os tipos de tumor respondem aos agentes imunoterápicos e mecanismos de resistência podem levar à fuga e crescimento do tumor imune.

Embora a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA ainda não tenha aprovado nenhuma vacina de mRNA para o câncer, ela forneceu a designação de terapia inovadora para a vacina experimental mRNA-4157-P201 (da Moderna) associada ao inibidor de checkpoint pembrolizumabe (da Merck) como terapia adjuvante em melanomas de alto risco após ressecção completa. Com o sucesso das vacinas de mRNA para a COVID-19, os pesquisadores estão confiantes que a tecnologia da vacina de mRNA pode ser aproveitada para tratar células cancerígenas. Sendo assim, poderíamos estar perto de integrar a terapia de mRNA no cenário do tratamento do câncer?

Fechando o círculo — vacinas de mRNA e câncer

Para muitos, pode parecer que as vacinas de mRNA contra a COVID-19 foram desenvolvidas de um dia para o outro. No entanto, a rapidez no design, fabricação e teste dessas vacinas não teria sido possível sem anos de pesquisa, que formaram a base para as vacinas contra gripe, citomegalovírus e zika.

Em 1995, uma pesquisa fundamental demonstrou que uma injeção intramuscular de RNA Nu, que codifica antígenos carcinoembrionários, poderia provocar respostas de anticorpos específicos de antígeno em camundongos. No ano seguinte, um estudo separado mostrou que células dendríticas transfectadas com mRNA injetadas em camundongos portadores de tumor induziram respostas imunes de células T e inibiram o crescimento dos tumores. Esse trabalho abriu caminho para numerosos estudos de exploração da viabilidade, eficácia e segurança das tecnologias baseadas em mRNA. Porém, a instabilidade, a imunogenicidade inata e a entrega ineficiente in vivo ainda limitam a vacina de mRNA e as aplicações terapêuticas. Um dos principais desafios enfrentados pelos pesquisadores foi como fazer o mRNA chegar aonde precisava ir; uma sequência de mRNA injetada no corpo sem alguma forma de proteção seria reconhecida como uma substância estranha e seria destruída.

O rápido desenvolvimento de vacinas de mRNA para tratar o novo coronavírus, o SARS-CoV-2, ajudou a acelerar o uso da vacina de mRNA da bancada para o paciente. Por exemplo, as vacinas da Pfizer-BioNTech e da Moderna demonstraram a eficácia de utilizar nanopartículas lipídicas (LNPs) para a entrega de mRNA às células-alvo. No fim de 2019, estimulados pela epidemia do SARS-CoV-2, tanto a literatura publicada quanto os pedidos de patente relacionados às terapias com mRNA aumentaram rapidamente em todo o mundo. Após 2020, o número de artigos publicados apresentou uma tendência de rápido crescimento, aumentando para 3.361 em 2021 e quase 5.000 em 2022. O número de pedidos de patente continuou em tendência ascendente após 2020, atingindo 382 em 2021, e estima-se que tenha aumentado para 510 em 2022 (Figura 1).

O sucesso das vacinas de mRNA para a COVID-19 revelou o potencial da plataforma de mRNA não apenas na expansão para outras doenças infecciosas, mas também para cânceres. Como os insights dos estudos sobre vírus possivelmente geraram informações para o trabalho de vacinas contra o câncer, aparentemente fechamos o círculo.

Recrutando o sistema imunológico — como funcionam as vacinas de mRNA contra o câncer

As aplicações do mRNA em vacinas contra o câncer são amplas, com os pesquisadores explorando várias estratégias para a imunoterapia contra o câncer:

• Apresentação do antígeno: as vacinas de mRNA levam antígenos de câncer para células apresentadoras de antígenos (APCs) para a apresentação do complexo principal de histocompatibilidade classes I e II.
• Função adjuvante: o mRNA estimula a ativação ligando-se a receptores de reconhecimento de padrões expressos por APCs.
• Receptores de antígeno: o mRNA introduz receptores de antígenos, como receptores de antígenos quiméricos (CARs) e receptores de células T nos linfócitos.
• Produção de proteína: o mRNA permite a expressão de proteínas imunomoduladoras, incluindo receptores do tipo toll (toll-like), receptores de quimiocinas, ligantes coestimuladores, citocinas, quimiocinas e diferentes formatos de anticorpos monoclonais em vários subconjuntos de células.

A terapia de mRNA para o câncer está ao nosso alcance?

Empresas como Genentech, CureVac e Moderna estão desenvolvendo vacinas de mRNA com codificação de neoepítopos que podem induzir respostas imunes contra tumores-alvo. Dezenas de ensaios clínicos estão testando vacinas de mRNA como monoterapias ou como parte de um tratamento combinado em pessoas com vários tipos de câncer, incluindo os cânceres pancreático, colorretal e melanoma. Diversos candidatos entraram nos testes de Fase 2, com eficácia favorável demonstrada em melanoma, câncer de pulmão de células não pequenas e câncer de próstata (Tabela 1).

Tabela 1. Vacinas de mRNA em ensaios clínicos de câncer (Fase 2 e posterior) 

Embora as vacinas de mRNA contra o câncer estejam atraindo o interesse da comunidade de pesquisa, historicamente a maioria das pesquisas oncológicas tem se concentrado nas terapias com mRNA, com uma ampla variedade de candidatos entrando em desenvolvimento clínico(Tabela 2), incluindo: 

• TriMix-MEL (eTheRNA Immunotherapies), uma mistura de três mRNAs que ativam as principais células imunológicas contra o câncer. 
• Uma terapia de mRNA (BioNTech) que codifica um anticorpo monoclonal direcionado à Claudin 18, uma proteína expressa em vários tipos de câncer.
• Um mRNA encapsulado em LNP (MedImmune LLC) administrado por injeção intratumoral projetada para impulsionar a produção local de interleucina-12 (IL-12) e induzir imunidade antitumoral.

Tabela 2. Produtos terapêuticos de mRNA em ensaios clínicos de câncer

Transformando as vacinas de mRNA contra o câncer em realidade

Fizemos grandes avanços na tecnologia de mRNA contra o câncer nos últimos anos, mas ainda permanecem alguns desafios fundamentais. Em primeiro lugar, as vacinas de mRNA contra o câncer exigem sistemas específicos de embalagem e de entrega com uma afinidade adequada para o tecido/órgão alvo. Atualmente, os pesquisadores estão avaliando abordagens para facilitar isso, incluindo a conjugação de porções direcionadas a órgãos para oligonucleotídeos. Embora os LNPs sejam os veículos mais estudados para a entrega de mRNA, sua aplicação clínica tem sido impedida por preocupações com a citotoxicidade e do tempo de circulação relativamente curto. Portanto, estão sob avaliação vários sistemas de entrega inteligentes alternativos (por exemplo, exossomos) para melhorar a biodisponibilidade, carregamento e liberação da carga de mRNA.

A entrega bem-sucedida da carga de mRNA não é suficiente. Para garantir a eficácia máxima, os pesquisadores têm investigado abordagens para aumentar a expressão de proteínas in vivo. Todas as partes do mRNA — tampa, regiões 5′ e 3′, quadro de leitura aberto e cauda poliadenilada — podem ser otimizadas para aumentar a expressão proteica. Os nucleosídeos quimicamente modificados têm se mostrado promissores nesta área.

Além da quantidade de expressão de proteína, um obstáculo crucial para as vacinas de mRNA é o período relativamente curto de produção de proteína, que requer administrações repetitivas. Os mRNAs auto-amplificadores e circulares estão sendo explorados como estratégias para prolongar o tempo de vida do RNA e aumentar o rendimento total de proteínas.

Embora ainda haja muito trabalho a ser feito, as vacinas de mRNA são uma opção clínica versátil para o tratamento de vários tipos de câncer quando usadas sozinhas ou combinadas com opções de terapias já existentes, como inibidores de checkpoint. Enquanto aguardamos a chegada da primeira terapia de mRNA ao mercado, será empolgante explorar os resultados da infinidade de estratégias inovadoras que buscam enfrentar o aumento global de casos de câncer.

Para saber mais sobre vacinas e terapias de mRNA, leia nossa publicação revisada por pares no periódico ACS Pharmacology and Translational Science.

Em colaboração com a Westlake University em Hangzhou na China, este relatório do CAS Insights destaca o cenário emergente de hidrogéis, antimicrobianos, nanopartículas lipídicas, exossomos e muito mais que estão redefinindo o futuro dos biomateriais que interagem com sistemas biológicos. O relatório identifica novas oportunidades, tendências emergentes e principais desafios futuros para os diversos segmentos e disciplinas envolvidas com biomateriais. Descubra mais no nosso relatório detalhado a seguir.