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Eletrônica

Tecidos ciborgues misturam biológico e eletrônico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2012

Tecidos ciborgues misturam biológico e eletrônico
A matriz de tecido vivo foi construída sobre um chip que permite a interação eletrônica com os nanossensores incorporados no interior das células.
[Imagem: Tian et al./Nature Materials]

Biologia eletrônica

Uma nova técnica permite criar "tecidos ciborgues" incorporando redes de sensores eletrônicos biocompatíveis no interior de tecidos vivos.

É a primeira vez que tecidos biológicos e componentes eletrônicos são verdadeiramente mesclados em uma matriz 3D.

E, mais importante para a funcionalidade do tecido artificial, os componentes eletrônicos incorporados estão na mesma escala de grandeza que as unidades do sistema biológico com as quais eles visam interagir.

Esses tecidos ciborgues abrem um sem-número de possibilidades de aplicações, incluindo o controle de próteses robotizadas, equipamentos de estimulação muscular e neurológica, monitoramento da saúde, além de avanços na chamada eletrônica analógica, imitando reações das células vivas e na criação de cérebros robóticos.

Redes de nanossensores

Bozhi Tian e seus colegas de várias instituições construíram redes em nanoescala, usando nanofios de silício, cada um medindo 80 nanômetros de diâmetro.

As redes porosas foram montadas em estruturas parecidas com andaimes, sendo a seguir semeadas com células.

Em um meio de cultura adequado, as células cresceram em culturas 3D, graças ao suporte da nanotela, de forma mais parecida com os tecidos vivos - normalmente, em laboratório as células são cultivadas bidimensionalmente, sobre o fundo de discos de Petri.

A maioria dos experimentos envolvendo a conexão de circuitos eletrônicos com células vivas, por sua vez, tem-se limitado à criação de interfaces entre o biológico e o eletrônico, criando os chamados chips bioeletrônicos.

Esses experimentos trabalham igualmente em 2D, geralmente com as células sendo cultivadas na superfície de componentes eletrônicos já prontos.

Tecidos ciborgues misturam biológico e eletrônico
Amostra de um sensor de nanofio atrelado às células no interior do tecido artificial.
[Imagem: Tian et al./Nature Materials]

Bioengenharia eletrônica

O uso de componentes em nanoescala permitiu incorporar no meio do tecido componentes eletrônicos que têm a mesma dimensão das estruturas da matriz extracelular, que circunda as células no interior dos tecidos.

"Com esta tecnologia, pela primeira vez pode-se trabalhar na mesma escala que a unidade do sistema biológico, sem interferir com ele. Em última análise, trata-se da fusão de tecidos vivos com a eletrônica de uma maneira que torna difícil determinar onde acaba o tecido e onde começam os componentes eletrônicos," resumiu o Dr. Charles M. Lieber, da Universidade de Harvard.

Para testar o conceito, a equipe usou células do coração e neurônios.

Usando as redes de nanofios de silício, eles foram capazes de detectar sinais elétricos gerados por células no interior do tecido artificial, assim como medir alterações nesses sinais em resposta a drogas que estimulam o músculo cardíaco ou as células nervosas.

Além disso, o estudo mostrou a viabilidade da construção de vasos sanguíneos artificiais, usando técnicas de bioengenharia, e usar as redes eletrônicas incorporadas para medir alterações no pH dentro e fora dos vasos - uma simulação do que acontece no corpo em resposta a uma inflamação, por exemplo.

Tecidos ciborgues misturam biológico e eletrônico
Os nanofios compõem a malha de sensores que permite a leitura e a atuação sobre células individuais.
[Imagem: Tian et al./Nature Materials]

Aplicações dos tecidos ciborgues

Os cientistas afirmam que é difícil enumerar as possibilidades de aplicação de seus tecidos ciborgues.

Esse material biológico-eletrônico permitirá, de um lado, a incorporação de circuitos eletrônicos em seres vivos e, de outro, o uso de células vivas em sistemas eletrônicos do tipo biochip ou "lab-on-a-chip", para testar novos medicamentos, por exemplo.

A curto prazo, a incorporação de circuitos eletrônicos permitirá o desenvolvimento de tecidos artificiais, permitindo detectar o que está ocorrendo, tanto química quanto eletricamente, conforme o tecido cresce em laboratório, e depois de ele ser implantado.

O crescimento de tecidos vivos em estruturas 3D vem sendo desenvolvido ao longo das últimas décadas. Contudo, a abordagem tradicional envolve usar suportes temporários, que precisam ser dissolvidos depois que o tecido cresceu.

"Aqui, os suportes permanecem, e de fato desempenham um papel ativo," disse o Dr. Daniel Kohane, do Hospital Infantil de Boston, um dos participantes da pesquisa.

"No corpo, o sistema nervoso autônomo se encarrega de monitorar o pH, as reações químicas, o suprimento de oxigênio e outros fatores, e acionar as respostas necessárias," explica.

"Nós precisamos ser capazes de imitar esses circuitos de feedback intrínsecos a fim de manter um controle preciso em nível celular e de tecido," completa o Dr. Kohane.

Bibliografia:

Artigo: Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues
Autores: Bozhi Tian, Jia Liu, Tal Dvir, Lihua Jin, Jonathan H. Tsui, Quan Qing, Zhigang Suo, Robert Langer, Daniel S. Kohane, Charles M. Lieber
Revista: Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3404


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