A interface entre o corpo humano e bioeletrônica orgânica

Por Keli Fabiana Seidel – Grupo de pesquisa em Bio-Optoeletrônica Orgânica– UTFPR

Imagem representativa de dispositivo bioeletrônico para estimulação cerebral (Deep Brain Stimulation) em caso de doença mental – Imagem/fonte: leapsmag.com

A utilização de novas tecnologias capazes de auxiliar diagnósticos médicos, assim como tratamentos de doenças, tem se mostrado cada vez mais eficiente. Dentre tantos estudos, uma crescente área de pesquisa está relacionada à criação de dispositivos (optoeletrônicos orgânicos) capazes de serem implantados no corpo humano. Devido ao contato direto do dispositivo com células de nosso corpo, o maior desafio desses estudos está relacionado ao desenvolvimento de tecnologias de interface capazes de promover a integração de dispositivos com tecidos biológicos de forma não nociva.

A vantagem desse tipo de dispositivo implantado no corpo humano se dá pelo fato de que o remédio/droga aplicado tem sua ação terapêutica apenas em locais específicos. Como consequência, não há a disseminação da droga por todo o organismo como ocorre no caso de uma terapia via oral ou venosa que pode causar sérios efeitos colaterais. Essa técnica de dispositivos implantado no corpo pode beneficiar ainda mais os casos em que a taxa de liberação da droga pode ser ajustada de acordo com a necessidade do paciente.

Os componentes eletrônicos (dispositivos) utilizados em smartphones, computadores, etc, dependem quase exclusivamente de uma corrente de elétrons como o portador de carga dominante. Porém, a interface entre componentes eletrônicos e sistemas biológicos apresenta possibilidades de ser bem sucedida apenas se os dispositivos forem baseados em transporte iônico. Isso ocorre porque as células do corpo humano comunicam-se através de corrente iônica, raramente usando corrente de elétrons como é o caso de corrente elétrica em metais.

Como solução para esta situação, materiais condutores utilizados na eletrônica, chamados de polímeros conjugados orgânicos, representam a única classe de materiais conhecida até o momento que utiliza tanto elétrons quanto íons como portadores de carga. Esses materiais são a base para o desenvolvimento da bioeletrônica (orgânica). Outra vantagem dessa classe de materiais está relacionada ao fato de que esses apresentam flexibilidade mecânica, resultando em dispositivos flexíveis mais fáceis de serem adaptados à interface do corpo humano.

Alguns exemplos já bem sucedidos dessas tecnologias desenvolvidas estão ligados à construção de dispositivos e sua interface com tecido neural utilizados, por exemplo, no controle da doença de Parkinson (veja vídeo1 e vídeo2 ) ou então para a liberação (delivery) de drogas e proteínas em determinados diagnósticos/tratamentos de doenças através da interface do tecido e eletrodo, etc.

O professor da Universidade de Cambridge, George Malliaras, é um dos pesquisadores proeminentes na área de desenvolvimento de dispositivos para serem implantados no cérebro. Em um de seus trabalhos recentes [1], um grupo de pesquisadores, sob sua coordenação, desenvolveu um dispositivo baseado em eletrônica orgânica chamado de bomba de íon. Esse foi testado primeiramente in vitro mostrando-se capaz de bombear (liberar) o neurotransmissor inibidor GABA (γ-amino butyric acid) de forma controlada (similar ao que ocorre entre neurônios). Esse neurotransmissor flui proporcional a uma baixa tensão de até 0,5 V aplicada no dispositivo. Esse valor de tensão é considerado muito alto quando comparado à faixa de mV (10-3 V) detectada como potencial de ação de neurônios, porém, é um valor realmente muito baixo para esse tipo de dispositivo. Entusiasmados com os resultados positivos no laboratório, o segundo passo desenvolvido por eles foi o teste in vivo, onde eletrodos foram implantados diretamente no cérebro de um rato. Nesse teste, o dispositivo foi posicionado na superfície cortical (veja figura 1) onde foram feitos testes de bombeamento do neurotransmissor GABA. Os resultados que eles observaram foram bem satisfatórios, pois, a atividade neural detectada na região em torno do dispositivo implantado no cérebro do rato foi detectada poucos segundos após o neurotransmissor ser liberado. Segundo Malliaras, esses resultados de um dispositivo trabalhando com baixa tensão aplicada e alta capacidade e precisão de entrega de GABA “representam um avanço significativo em direção ao desenvolvimento de sistemas implantáveis de administração de medicamentos”. Resultados como esses mostram que, para alguns casos específicos, já há um bom controle de manutenção nesta interface cérebro/bioeletrônica.

Figura 1: Dispositivo implantado sobre a superfície do córtex [Figura adaptada das Ref. 1 e 2].

Apesar de nós nos impressionarmos, em muitos momentos, com tantos filmes de ficção científica explorando a interface homem-máquina, cientistas têm nos mostrado que tais situações podem estar muito mais próximas de nosso cotidiano do que pensamos. Estaríamos nós já estreando uma nova era, baseada numa bela parceria entre corpo humano e bioeletrônica?

Referências

  1. A Microfluidic Ion Pump for In Vivo Drug Delivery
  2. https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rtex_cerebral

Células-tronco podem servir como vacina contra o câncer

Por Marco Augusto Stimamiglio – Instituto Carlos Chagas – Fiocruz/PR

Baseando-se na reconhecida habilidade de proliferar rapidamente e gerar inúmeros clones de si mesmas, as células cancerosas têm sido comparadas às células-tronco pluripotentes. Essa e outras similaridades compartilhadas entre esses dois tipos celulares deram origem à atual hipótese das células-tronco tumorais, cuja proposta define que, dentre todas as células cancerosas, algumas atuem como células-tronco que se reproduzem e sustentam o câncer de forma semelhante às células-tronco que normalmente renovam e sustentam nossos órgãos e tecidos. Foi com essa ideia em mente que um grupo de cientistas de diferentes partes do mundo (Estados Unidos, Holanda, Alemanha e Coreia) ousou testar células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs; consulte nossos textos anteriores) como uma potencial vacina anticâncer. O artigo publicado em fevereiro de 2018, na renomada revista Cell Stem Cell, relata que injeções de iPSCs irradiadas protegem camundongos do desenvolvimento de câncer de mama, pulmão e pele, assim como previnem o reaparecimento de tumores removidos cirurgicamente. Continuar lendo

Luz, internet, ação!

Por Paula Borges Monteiro Grupo de Estudos em Tópicos de Física – IFSC

O termo WiFi, do inglês Wireless Fidelity (fidelidade sem fio), indica uma eficiente transmissão de dados sem a utilização de um meio físico, como um cabo ou fio. Essa forma de comunicação é cada vez mais comum para conectar-nos ao mundo. Podemos entender o seu funcionamento a partir de uma analogia com outro método de transmissão de mensagens mais antigo, o código Morse.

O código Morse é um sistema de comunicação que utiliza um conjunto de sinais gráficos, sonoros ou luminosos, curtos e longos, para representar cada letra, número ou pontuação de uma mensagem. Suponha que queremos enviar a palavra LUZ. Note que há duas etapas: a codificação das letras em sinais e a utilização do som para representar esses sinais (encurtar ou alongar a emissão sonora). Em uma transmissão WiFi, no lugar do som, utilizamos ondas eletromagnéticas (radiação não visível). Cada sinal é representado por alguma alteração nas características dessa onda. Continuar lendo