Informações
Nível de aprovação pela UnB
Aprovado pela UnB
Nome Completo do Proponente
Suelia de Siqueira Rodrigues Fleury Rosa
Matrícula UnB
1012738
Unidade acadêmica da UnB
suelia@unb.br
Link Cúrriculo Lattes
Título da Proposta
Projeto de Pesquisa e Inovação e Extensão – Máscara com Nanotecnologia para Filtragem do COVID 19 – Coronavírus – LOTE PILOTO
Sumário Executivo da Proposta
Nesse momento de emergência sanitária, como o caso relacionado ao novo coronavírus (SARS- CoV-2), onde a rapidez com que o vírus vem se propagando pelo mundo, fez com que Organização Mundial da Saúde (OMS) declarasse uma emergência de saúde pública de importância internacional, em 30 de janeiro de 2020, e posteriormente em uma pandemia (OPAS/OMS BRASIL, 2020). O primeiro caso confirmado de Covid-19 no Distrito Federal/Brasil foi no dia 05/03/2020. Desde então, até esta segunda-feira (23/03/2020), já foram confirmados 138 casos, sendo que oito não tiveram relação direta ou indireta com viagem internacional (GDF/2020).
Nesse cenário, a necessidade de articulação entre setores estratégicos nacionais – Estado; Universidades; Iniciativa Privada (Etzkowitz, 2009) – tornam-se primordiais para que o financiamento, desenvolvimento e disponibilização de soluções em saúde ocorra de forma coordenada e seja capaz de frear o avanço da pandemia. O processo de pesquisa interdisciplinar em ciência, tecnologia e inovação (Philippi & Silva Neto, 2011), auxilia na articulação entre o desenvolvimento científico/tecnológico realizado dentro da universidade em consonância com os critérios éticos de pesquisa para aplicação de soluções de saúde em seres-humanos e as normativas de produtos vigentes.
Como parte desse esforço a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) publicou a Resolução “RDC Nº 356, DE 23 DE MARÇO DE 2020”, flexibilizando de forma provisória a produção e [...] fabricação de máscaras cirúrgicas, respiradores particulados N95 - com filtro PFF2 ou equivalentes, óculos de proteção, protetores faciais (face shield), vestimentas hospitalares descartáveis (aventais/capotes impermeáveis e não impermeáveis), gorros e propés, válvulas, circuitos e conexões respiratórias para uso em serviços de saúde[...], mantendo requisitos básicos de produção.
Nesse contexto, surge o objetivo a ser cumprido com auxílio dessa proposta: Desenvolver e produzir 10.000 mil unidades de máscaras semifaciais filtrante cujo elemento filtrante é composto por um nanofilme sobre um suporte de TNT, visando reter e matar o vírus. O objetivo é que essas máscaras sejam usadas por profissionais do setor de saúde que tenham contato com ambientes e indivíduos infectados.
Esse processo de desenvolvimento científico e tecnológico tem com desenho clínico o “Estudo Clínico Pragmático”, em análise pelo CONEP, através do CEP/FS/UnB. Essa pesquisa contará com aproximadamente 2.500 participantes de pesquisa divididos entre os coparticipantes: (1) Hospital Regional de Ceilândia, (2) Corporação Corpo de Bombeiros do Distrito Federal e (3) Secretaria Municipal de Saúde de Goiânia/Goiás. As máscaras serão baseadas no modelo N95 com filtro PFF2, já estabelecidas no mercado (patente aberta) e receberão o filme filtrante de nanopartículas de quitosana e grafeno associadas a nanopartículas de prata.
A nanotecnologia tem sido aplicada na área da saúde para desenvolvimento de equipamentos e métodos mais efetivos com diversas aplicações várias na área biomédica (Huang, 2019, Hamming, 2020, Dayem, 2017). Destaca-se a aplicação da nanotecnologia em máscaras para o combate a agentes contaminantes (Li, 2006). Alguns materiais se destacam por seu uso nessa área, como nanopartículas de prata (Burdusel, 2018, Morris, 2019) e óxido de grafeno (Ye, 2015), assim como seu uso conjunto (Chen, 2016, Du, 2018).
Outra substância com caráter antiviral é a quitosana, obtida do exoesqueleto de insetos e crustáceos. Estudos demonstram que há inativação das proteínas presentes em envelopes virais mediada pela resposta imune (Iriti, 2015, He, 2019, mediada por nanopartículas de quitosana. A proposta envolvida nesse estudo envolve a produção de dois nanocompósitos – óxido de grafeno com nanopartículas de prata e nanopartículas de prata conjugadas com quitosana. Neste contexto, espera-se que seja possível potencializar o efeito antiviral de cada uma das nanoestruturas e tornar o filtro presente na máscara a ser produzida pelo grupo adicionando caráter protetivo como agente antiviral ativo.
Dessa forma, diante da atual conjuntura, e tendo-se a maioria das barreiras de filtragem das máscaras protetoras convencionais não funcionalizada com biocidas ou virucidas, busca-se máscaras de considerável custo-benefício com capacidade de matar bactérias e/ou vírus no local (TONG et al., 2019). Tal fato, foi investigado por Loe et al. (2009), em que entre os enfermeiros dos hospitais terciários de Ontário, o uso de uma máscara cirúrgica em comparação com um respirador N95 resultou em taxas não inferiores de influenza confirmada em laboratório, indicando a necessidade de máscaras mais eficazes na contenção dos vírus.
Confirmando a necessidade de máscara protetora com um revestimento fibroso ultrafino contendo biocidas/virucidas é mandatório. Trabalho de Tong et al. (2019) apresenta um produto baseada em fibras submicrônicas parcialmente gelificadas, nanofibras e um biocida encapsulado em sobre, misturado com, fisicamente aprisionado e / ou quimicamente ligado às fibras e nanofibras submicrônicas. O autor também expõe informações sobre o método de fabricação deste tipo de máscara, revestimentos protetores e formulações relacionadas.
A quitosana tem atraído pesquisadores na área biomédica visto sua atividade antimicrobiana, antifúngica e antiviral (JAYAKUMAR et al., 2011; CHIRKOV 2002). Em estudos prévios, conduzidos por Muralidharan e colaboradores (2019), foi demonstrado que a quitosana pode proteger camundongos contra infecção pelo vírus sincicial respiratório (VSR), quando administrada após a infecção e, quando administrada em conjunto com a vacina inativada de VSR, antes da infecção, a quitosana pode reduzir significativamente a infecção por VSR em camundongos.
A produção das máscaras será realizada em parceria entre o Parque Industrial Fabril de Brasília e Município de Goiânia com apoio do Instituto Federal Goiano (IFG), curso de Designer/Moda. O processo de produção e aplicação do nanofilme será realizado em parceria entre Laboratório de Pesquisa em Polímeros e Nanomateriais (LABPOLN/UnB) e o Laboratório de Avaliação e Desenvolvimento de Biomateriais do Nordeste – CERTBIO. Os processos de produção têxtil da máscara de TNT e a aplicação do nanofilme obedecerão às normas aplicáveis da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas e da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). A pesquisa clínica iniciará a partir da liberação do CONEP. Por isso, define-se como Lote piloto, uma quantidade menor do produto para ensaios laboratoriais prévios a fim de se realizar ajustes para aplicar no produto de produção que será utilizado em ensaios clínicos.
Nós consolidamos um grupo de pesquisa com caráter multidisciplinar e com atuação nacional criando um projeto denominado “VIDA” para representar alegria e saúde a ser contempladas pela produção e desenvolvimento de soluções para proteção e contenção da epidemia por COVID19. Neste intuito, criamos três grandes frentes de produção e/ou desenvolvimento sendo – 1) Máscaras 3D (Laboratório Aberto); 2) Máscaras com Nanotecnologia e 3) Válvula. Esse pedido financeiro se refere ao segundo produto.
Palavras-chave
pré clinico; biomaterial; nanotecnologia.
Número de Integrantes da Equipe
6
Nome dos Integrantes da UnB
Aldira Guimarães Dominguez, Leonardo Giordano Paterno, Marcella Lemos Brettas Carneiro, Mário Fabrício Fleury Rosa, Natan Monsores de Sá, Rodrigo Luiz Carregaro
Há integrantes externos à UnB?
Sim
Nome dos integrantes externos a UnB
Aldira Guimarães Dominguez, Leonardo Giordano Paterno, Marcella Lemos Brettas Carneiro, Mário Fabrício Fleury Rosa, Natan Monsores de Sá, Rodrigo Luiz Carregaro
Possui apoio de Grupo de Pesquisa Certificado pela UnB no CNPq?
Sim
Nome/Link do Grupo de Pesquisa certificado no CNPq pela UnB
Laboratório de Pesquisa em Polímeros e Nanomateriais, Laboratório de Engenharia e Biomaterial (BioEngLab - FGA), NATAS FS,
Público alvo
Grupos de Risco | Hospitalar | Profissionais da Saúde | Voluntários
Análise do Contexto
Além dos impactos epidemiológicos da expansão da transmissão do vírus Covid-19, fenômeno de abrangência global, limitações materiais e de pessoal surgem em todas áreas do setor saúde para o combate a essa pandemia. A importância em realizar Pesquisa, Desenvolvimento & Inovação (PD&I) para esse momento, justifica-se pelo fato de que a demanda por soluções na contenção da epidemia não atinge somente a urgência do Pico de contaminação (ápice do gráfico). Além disso, faz-se necessária ações para o desenvolvimento estratégico de soluções aplicadas para ocasião de capacidade dos sistemas de saúde em atender as demandas relacionadas ao tratamento e controle da doença. Na Figura 01 são demonstradas duas curvas que se referem a necessidade versus capacidade dos sistemas de saúde.
FIGURA 1 (No documento enviado por e-mail - em pdf a figura consta).
Figura 01: Simulação de curva de contaminação versus capacidade de sistema de saúde. Fonte: produção própria.
Atualmente, no Brasil, o real desabastecimento de insumos estratégicos de proteção individual tem preocupado os órgãos de saúde visto o contraste entre a elevada demanda por equipamentos de proteção individual (EPI), como a máscara N95, e a sua disponibilidade no mercado. Máscaras semifaciais como a N95 devem ser confeccionadas em material constituído por camadas de Tecido-Não-Tecido (TNT) com especificação têxtil para uso odonto-médico-hospitalar. De acordo com as normas e resoluções preconizadas pelos órgãos reguladores as máscaras devem possuir, no mínimo, uma camada interna e uma camada externa e, obrigatoriamente, um elemento filtrante intermediário (ABNT NBR 13698, Resolução RDC Nº 356 ANVISA).
A crescente demanda por obtenção de máscaras e a falta de disponibilidade desse EPI para profissionais de saúde motivou o grupo de Engenharia Biomédica da Faculdade do Gama da Universidade de Brasília a auxiliar na força tarefa de disponibilizar material de proteção aos profissionais de saúde que, de fato, consiga filtrar o vírus COVID19.
A durabilidade de eficiência de filtragem de poluentes contaminantes da máscara implica diretamente ao tempo de uso, o qual é no máximo de 4 horas, entretanto, o turno de trabalho dos profissionais de saúde é de 12 horas (BRASIL, 2020). Ao passar do período de eficiência da máscara o vírus consegue ultrapassá-la colocando os usuários em um cenário de risco de contaminação potencial, visto que, principalmente os profissionais de saúde encontram-se em exposição intensa à carga viral e a máscara além de ser um equipamento de proteção individual (EPI) abrange o comportamento de um controlador da doença em questão.
Na figura 1, que trata-se de um gráfico de sistema de 2ª ordem, o ponto “Pico” representa o ponto máximo esperado para número de casos de infectados em relação ao tempo, em simulação de pior cenário possível (quando o sistema de saúde não atende mais todos os doentes, ou seja, fora do regime). Este cenário é o chamado overshoot no gráfico. A segunda curva representa a atenuação do cenário dada a estipulação de medidas de controle, tais como a utilização da máscara a ser desenvolvida neste projeto. Ao contrário da primeira, a representação da segunda curva fica mais próxima da capacidade de atendimento do sistema de saúde (denominado quadro de regime). É válido ressaltar que neste período de regime ainda ocorrerá casos da doença e ainda serão importantes o uso de EPIs como máscaras de proteção semifaciais.
Os tempos de subida para cada gráfico (t subida1 e t subida2) é observado entre 10% do valor final e finaliza quando o sistema alcança 90% do valor final. O tempo de estabelecimento (ts) representado no gráfico mostra o prazo estimado para se alcançar uma margem de ± 5% do valor final da curva no cenário de regime. Apesar do ponto de overshoot ser crítico no tratamento, a máscara desenvolvida, com capacidade de ventilação de gases e filtragem de poluentes contaminantes, atuará no cenário de regime, no qual ainda há contaminação pelo vírus. Nesse cenário, o sistema de saúde é capaz de atender os infectados, e há, ainda, necessidade de proteção da equipe médica para evitar contaminação e retransmissão aos pacientes.
A implementação da Máscara com nanomateriais tem por objetivo atuar como sistema controlador orgânico no momento de regime (dentro da capacidade do sistema de saúde) do período de infecção com o vírus. Em uma visão paralela, o sistema pode ser entendido como um sistema de segunda ordem (cuja resposta pode variar bruscamente dado o valor dos parâmetros que o compõe), no qual a capacidade do sistema de saúde de atender o número de pessoas infectadas delimita a linha de estabilidade do sistema.
Reconhece-se que as máscaras de proteção individual são insumos importantes no enfrentamento da pandemia. Sua alta e inesperada demanda, tanto dos agentes de saúde públicos e privados como pela população, em geral, acabou gerando um evidente desabastecimento no mercado interno. Por isso, a origem e o sentido do presente projeto que visa justamente contribuir com a produção e fornecimento massivo de máscaras para proteção individual, além do desenvolvimento paralelo de máscaras com nanomateriais para potencializar a barreira física e constituir em um filtro extra com potencial virucida. Como será detalhado e descrito nos parágrafos subsequentes, o presente projeto de pesquisa pretende produzir as referidas máscaras de proteção individual utilizando-se de tecnologia inovadora e de baixo custo. Este processo de produção se erige em um exemplo de parceria entre uma universidade pública e um governo estadual, além de empresas privadas. Configurando-se dessa forma em um empreendimento guiado pela noção das parcerias público-privadas.
Para tanto, é necessário percorrer o mapa de processo de translação de dispositivos em saúde que passa pela concepção da tecnologia (aplicação do nanofilme no TNT denominado elemento filtrante da máscara), produção do lote pilo (interação entre a produção das máscaras, aplicação do nanofilme, esterilização e embalagem do material), testes normativos (ANVISA e INMETRO) e os testes clínicos no foco da pandemia, ou seja, a tecnologia será testada pelos profissionais de saúde no momento do trabalho junto à população e ambientes contaminados.
Breve Fundamentação Teórica
O vírus faz parte da ordem Nidovirales, família Coronaviridae e subfamília Coronavirinae, e possui formato esférico, com 120-160 nm de diâmetro. É composto por um envelope externo com projeções de 20 nm de comprimento que lhe dão o aspecto de coroa (Schaffer et. al, 2010). Os coronavírus possuem RNA de fita simples com sentido positivo, o que os torna semelhantes em sentido ao RNA mensageiro humano (Ashour et. al, 2020). O sequenciamento genético realizado mostrou significativa diferença genética entre o 2019-nCoV e os vírus SARS-CoV e MERS-CoV, apesar de possuir estrutura do domínio de ligação ao receptor similar ao do SARS-CoV (Lu et. al, 2020).
O período de vida de um coronavírus (como os atuantes na síndrome respiratória aguda grave - SARS, na síndrome respiratória do Oriente Médio - MERS, e os coronavírus endêmicos humanos - HCoV), pode ser de várias horas em superfícies inanimadas (como metal, vidro ou plástico). Sua inativação nestas superfícies pode ser induzida rapidamente (um minuto) por meio de desinfecção do local com etanol a 62-71%, peroxido de hidrogênio 0,5% ou hiporclorito de sódio 0,1% (Kampf, 2020).
O período de meia-vida do SARS-CoV-2 em superfície de cobre e em aerossóis é estimado em 1 a 1,2 horas. Em materiais feitos de papel, como cartões e dinheiro, o período de meia vida do vírus é maior correspondendo a aproximadamente 3,5 horas. Em aço inoxidável o período é de aproximadamente 5,7 horas e em superfície plástica esse período aumenta consideravelmente para aproximadamente 7 horas (Van Doremalen et. al, 2020).
Sob a perspectiva da Universidade de Brasília-UnB, pretende-se cumprir, mais uma vez, com suas responsabilidades de pesquisa e extensão. Sob a perspectiva governamental, procura-se incentivar a produção de insumos sanitários sumamente urgentes para responder a emergência gerada pela pandemia sobre o bem comum, de modo geral, e sobre a saúde, economia com consequência para a sociedade brasileira, em particular. E finalmente as empresas, contribuem com o desenvolvimento humano no contexto de uma economia social de mercado. Para tal, realizar-se-á o desenvolvimento de máscara com implementação diferencial de um filtro de nanopartículas contendo prata em filmes de filmes óxido de grafeno (GO) e quitosana (QUIT).
Objetivos e Metas
OBJETIVOS
Desenvolver um Lote Piloto de um produto diferenciado (faremos uma cobertura na máscara com filme de grafeno ou quitosana com nanopartículas de prata) para promover proteção adicional na filtração e deterioração das partículas virais em contato com a máscara.
Meta 1: Projeto, Design, Integração e Montagem do dispositivo (máscara N95 PPF2) levando-se em conta critérios de segurança preconizados pela Associação Brasileira de Normas técnicas (ABNT), Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) e Normas técnicas internacionais (IEC), economicidade e cadeia de suprimento nacional. Será considerada avaliação do design mais ergonômico a fim de se testar ajustes finos de posicionamento da máscara no rosto.
Meta 2: Produção e caracterização físico química das nanopartículas de óxido de grafeno e quitosana, em concentrações já definidas pelo grupo de pesquisa. Ajustes e adequações serão realizados para produção e definição de concentrações a fim de se otimizar o processo produtivo das nanopartículas de quitosana, óxido de grafeno e prata. Serão realizados vários ensaios de bancada denominados ensaios não clínicos.
Meta 3: Desenvolvimento da metodologia para deposição dos nanomateriais nas máscaras (respiradores N95 com PPF2) produzidas seguindo as normas para boas práticas de fabricação (BPF).
Meta 4: Envio dos materiais nanoestruturados, produzidos na UnB, e das máscaras respiradores N95 para o Laboratório CERTBIO onde há todos os equipamentos necessários para os testes de homologação dos produtos visto que o CERTBIO (UFCG) é um laboratório certificado pela Anvisa e Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO).
Meta 5: Realização de ensaios não clínicos para análises relacionadas a eficiência da produção e da máscara inovadora. Dentre as análises previstas destaca-se: análises por microscopia eletrônica de varredura e força atômica, difração por raio X; Espectroscopia infravermelho; ensaio por Identificação de Sistemas com Características Dinâmicas dos Dados Coletados; desenvolvimento de soluções de inteligência artificial, utilizando algoritmos de Machine Learning, Deep Learning e visão computacional a fim de extrair informações de dados estruturados e não estruturados obtidos nos ensaios não clínico e clínico. Esses algoritmos serão utilizados para avaliar a eficiência da máscara e tentar predizer problemas mecânicos, assim como encontrar a distribuição ideal de nanopartículas nos filtros dos respiradores. Também será avaliada a estabilidade térmica por meio de técnicas termogravimétricas, no CERTBIO, com emissão do relatório de ajustes e conclusões para homologação na Anvisa – via parlatório.
Metodologia
METODOLOGIA
As principais inovações diferenciais da máscara com nanomateriais em relação a outros dispositivos comercialmente disponíveis são: (1) adição de nanomateriais; (2) aumento do tempo de efetividade no uso de máscaras; (3) deterioração das partículas virais; (4) produto com tecnologia em parceria com laboratórios certificados de universidades públicas brasileiras com potencial para aplicação comercial e de uso clínico
O ciclo de vida do produto já foi planejado visando a produção em larga escala do produto, abrangendo desde as etapas de início de projeto até a retirada do mercado, conforme apresenta-se na Figura 02. Isso significa que o processo produtivo já está estruturado com seus respectivos stakeholders definidos em cada fase do processo.
FIGURA NO TEXTO EM PDF.
Figura 02: Detalhes do processo produtivo de máscaras de proteção semifaciais com nanomateriais (Lote Piloto) com seus respectivos stakeholders.
Resultados Esperados
Essa primeira etapa do estudo é definida como ensaio não clínico para obter informações que nos dará subsídio para realização do estudo clínico pragmático. Pretende-se, no ensaio clínico, avaliar como principais desfechos avaliação da segurança e eficácia da máscara contendo nanomateriais. Serão avaliados vários parâmetros para identificar e comparar a eficiência do uso de filmes contendo nanomateriais como filtro químico comparado às máscaras N95 sem o filtro de nanomateriais. Espera-se minimizar a taxa de contaminação dos participantes que será correlacionada com a quantidade do vírus inativo em ambos tipos de máscaras – com filtro e sem filtro contendo nanomateriais.
O presente projeto será submetido para fins de apreciação a um Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos, CONEP e ANVISA. A participação dos indivíduos seguirá as normas estabelecidas para experimentação em humanos, de acordo com a resolução 466/2012 CNS/MS. Todos os indivíduos serão voluntários e deverão assinar um termo de consentimento livre e esclarecido (TCLE). Esse estudo prévio em LOTE PILOTO nos alinha com as Boas Práticas em Pesquisa Clínica e com as normativas de resolução 10/2015 da Anvisa (Favor consultar Documento Anexo I do Pesquisador e Docente da FGA - Euler de Vilhena Garcia).
A ação estratégica do grupo de pesquisa, na área de Engenharia Biomédica, será fortalecer sua atuação no campo de equipamentos e na regulação do setor da saúde – no SUS, na Anvisa, no Sistema de Apoio à Organização e Elaboração de Projetos de Investimentos em Saúde, na Organização Mundial da Saúde (OMS), no Ministério da Saúde (MS) e no Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI). Alguns setores da sociedade, tais como a Associação Brasileira da Indústria de Artigos e Equipamentos Médicos e Odontológicos (ABIMO), o Inmetro, tem observado a participação do nosso grupo. Nessa ação teremos a participação de vários pesquisadores, alunos e voluntários da sociedade que trabalharão nas distintas e correlatas frentes de atuação propostas neste trabalho.
Destaca-se que um estudo clinico envolvendo seres Humanos – deve seguir regras – de materiais com características seguras; esse estudo piloto é para garantir as regras – mesmo em um momento de tempo escasso – porém a validade cientifica não pode ser ignorada – realizar boas práticas, liberação Inmetro e Anvisa – CONEP/CEP – são o foco dessa pesquisa – que trata resultados para um momento próximo e futuro.
Área de Conhecimento
Ciências Biológicas | Ciências Exatas e da Terra | Ciências Humanas | Engenharias
Subárea de Conhecimento
Há previsão de Orçamento proveniente na unidade acadêmica?
Não
Cronograma da Execução
NO DOCUMENTO EM PDF FOI REALIZADO O CRONOGRAMA DETALHADO DO PROJETO
Tempo total de execução previsto
12
