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Mecânica

É possível ter movimento sem ter tração

Com informações da Universidade de Bristol - 22/01/2020

É possível ter movimento sem ter tração
O rastejamento é um mecanismo bem conhecido de movimento sobre superfícies, mas é ineficaz para a migração rápida nos tecidos, onde as células precisam se espremer por pequenos espaços. Já a autopropulsão sem tração é totalmente adequada para isso.
[Imagem: A. Loisy et al. - 10.1103/PhysRevLett.123.248006]

Autopropulsão

Uma equipe da Universidade de Bristol, no Reino Unido, acredita ter respondido positivamente a uma pergunta fundamental: "É possível mover-se sem exercer força sobre o ambiente?"

Aurore Loisy e seus colegas foram encontrar essa resposta no que eles chamam de "autopropulsão sem tração da matéria ativa" - matéria ativa é algo que age por si só, como as coisas vivas, por exemplo.

Compreender como as células se movem autonomamente é uma questão fundamental para biólogos e físicos. Mas os experimentos sobre a motilidade celular são geralmente realizados observando o movimento de uma célula em uma lâmina de vidro sob um microscópio.

Nessas condições, o que se vê é que as células "rastejam" na superfície. O arrastar-se é bem compreendido: as células se prendem à superfície e usam esses pontos de ancoragem para avançar, como quando você rasteja pelo chão.

No entanto, o rastejar é muito ineficiente in vivo, onde as células se movem através de ambientes 3D complexos, logo a equipe inferiu que deveria ser possível algum outro tipo de movimento.

O que eles identificaram em suas modelagens e simulações computadorizadas é um mecanismo de propulsão diferente, particularmente adequado ao movimento celular nos tecidos e que não depende da transmissão de força através de pontos de ancoragem.

Movimento sem tração

O que a equipe descobriu é que a autopropulsão sem tração, exercendo uma força local no ambiente circundante, é possível quando o objeto é feito de "matéria ativa", como as células. Eles descrevem como uma gota de matéria ativa pode avançar em um canal estreito sem exercer nenhuma força nas paredes ao seu redor.

Em lugar de apoiar-se na superfície externa, a célula - ou, mais genericamente, a "gota de matéria ativa" - move-se graças a um fluxo interno gerado por si mesma.

"O movimento sem tração é muito contra-intuitivo. Nós ficamos realmente entusiasmados quando percebemos que ele não apenas é possível, mas também que fornece uma explicação plausível para um problema tão importante quanto a motilidade celular nos tecidos.

"Além disso, parte da beleza dessa autopropulsão sem tração reside no fato de ela ser descrita por uma solução analítica de simplicidade notável e incomum. Devido à complexidade (não linearidade) das equações que descrevem a matéria ativa, não esperávamos chegar a algo tão simples!" disse Loisy.

Cicatrização e metástases

A matéria ativa é definida como um tipo especial de matéria - onipresente na biologia - na qual a energia metabólica é constantemente convertida em energia mecânica. Essa capacidade de gerar forças mecânicas internamente, na massa, é o que permite que a gota se mova sem exercer forças em seus limites (as paredes).

"Uma gota de matéria ativa movendo-se através de pequenas lacunas é um modelo mínimo para entender a motilidade celular nos tecidos, que são ambientes lotados com geometrias complexas.

"O mecanismo que descobrimos fornece uma possível explicação para a questão aberta de como as células se movem nesses ambientes. Essa motilidade é crucial para uma infinidade de processos fisiológicos nos organismos vivos, incluindo a resposta imune e a cicatrização de feridas, e sua desregulação é a chave para a disseminação do câncer (metástase)," disse Loisy.

O próximo passo será observar esse fenômeno experimentalmente, o que a equipe pretende fazer usando uma gota de extratos celulares em um microcanal especificamente projetado dentro de um biochip.

Além da biologia e da microfluídica, esta descoberta poderá ser usada na robótica, principalmente em robôs em escala micro e nano.

Bibliografia:

Artigo: Tractionless Self-Propulsion of Active Drops
Autores: Aurore Loisy, Jens Eggers, Tanniemola B. Liverpool
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 123, 248006
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.248006






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