Uma interface neural para se comunicar com minicérebros

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/03/2021

A interface tridimensional com o "berço" central, onde são colocados os organoides.
[Imagem: Northwestern University]

Minicérebros

Se fazer interfaces neurais para o cérebro humano é complicado, imagine então "conversar" com minicérebros desenvolvidos em laboratório.

Os minicérebros são pequenos organoides que os cientistas estão desenvolvendo, tipicamente a partir de células-tronco, para estudar como os cérebros se desenvolvem e como consertar e tratar cérebros que sofreram traumas e doenças neurodegenerativas.

Yoonseok Park e colegas das universidades Northwestern e Illinois, nos EUA, tiraram proveito da bioeletrônica e da eletrônica flexível para construir uma interface neural 3D, que permite comunicar-se com vários neurônios dos minicérebros simultaneamente.

Além dos tradicionais eletrodos, para registrar a atividade elétrica ou ativar os neurônios, Park acrescentou minúsculas resistências, para manter aquecidas as culturas cerebrais ou, em alguns casos, superaquecer intencionalmente as culturas para estressá-las e avaliar seu comportamento.

Park também incorporou sondas minúsculas - como sensores de oxigênio e pequenos LEDs - para realizar experimentos optogenéticos, que induzem alterações genéticas usando luz. Por exemplo, eles introduziram genes nas células que lhes permitem controlar a atividade neural usando pulsos de luz de cores diferentes.

Esquema e foto do uso da interface bioeletrônica com minicérebros reais.
[Imagem: Yoonseok Park et al. - 10.1126/sciadv.abf9153]

Sistema bioeletrônico

A ideia é que o sistema permita fazer estudos mais complexos de neurociências sem necessidade de testes invasivos em animais ou em humanos.

"Este é apenas o começo de uma classe inteiramente nova de sistemas bioeletrônicos 3-D miniaturizados que podemos construir para expandir a capacidade do campo da medicina regenerativa. Por exemplo, nossa próxima geração de dispositivos apoiará a formação de circuitos neurais ainda mais complexos, do cérebro ao músculo, e tecidos cada vez mais dinâmicos, como um coração batendo," prometeu Park.

"Agora, com nossa eletrônica 3-D pequena e macia, finalmente temos capacidade de construir dispositivos que imitam as complexas formas biológicas encontradas no corpo humano, fornecendo uma compreensão muito mais holística de uma cultura [celular]," disse o professor John Rogers, que liderou o desenvolvimento da sonda neural usando tecnologias semelhantes às encontradas em celulares e computadores. "Não precisamos mais comprometer a função para alcançar a forma ideal de interface com nossa biologia."

Agora que a tecnologia está pronta e já foi validada em comparação com cérebros reais de cobaias, a equipe pretende usar a plataforma para desenvolver novos tratamentos para pacientes vítimas de danos neurológicos ou que sofrem de doenças neurodegenerativas.

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