Um novo estudo pode permitir que cientistas criem ciborgues em escala celular, graças a MIT Media Lab para projetar uma antena em miniatura que pode operar sem fio dentro de uma célula viva. Isso pode ter aplicações em diagnósticos médicos, tratamento e outros processos científicos devido ao potencial da antena para monitoramento e direcionamento em tempo real atividade celular.
Os cientistas chamaram essa tecnologia de Cell Rover. Representa a primeira demonstração de uma antena que pode operar dentro de uma célula e é compatível com sistemas biológicos 3D.
Deblina Sarkar, professora assistente e presidente de desenvolvimento de carreira da AT&T no MIT Media Lab e chefe do Nano-Cybernetic Biotrek Lab, disse: “As interfaces bioeletrônicas típicas têm milímetros ou até centímetros de tamanho e não são apenas altamente invasivas, mas também não fornecem a resolução necessária para interagir com células únicas sem fio – especialmente considerando que alterações em até mesmo uma célula podem afetar um organismo inteiro”.
O tamanho da antena recém-desenvolvida é muito menor do que uma célula. A antena representou menos de 05 por cento do volume celular em pesquisas com células oocitárias. Ele converte ondas electromagnéticas em ondas acústicas, cujos comprimentos de onda são cinco ordens de grandeza menores, representando a velocidade do som dividida pela frequência da onda — do que as ondas eletromagnéticas.
As antenas em miniatura são construídas utilizando uma substância conhecida como magnetostritiva para conseguir essa conversão de ondas eletromagnéticas para acústicas. Os domínios magnéticos dentro do material magnetostritivo se alinham ao campo quando um campo magnético é aplicado à antena, alimentando-a e ativando-a. Isso causa tensão no material, assim como os fios de metal entrelaçados no tecido podem reagir a um ímã poderoso por torção.
Baju Joy, estudante do laboratório de Sarkar e principal autor deste trabalho, disse: “Quando um campo magnético alternado é aplicado à antena, a variação de tensão e tensão (pressão) produzida no material é o que cria o ondas acústicas na antena. Também desenvolvemos uma nova estratégia usando um campo magnético não uniforme para introduzir os rovers nas células.”
Sarkar disse, “Configurada dessa maneira, a antena pode ser usada para explorar os fundamentos da biologia à medida que os processos naturais ocorrem. Em vez de destruir células para examinar seu citoplasma, como é feito normalmente, o Cell Rover poderia monitorar o desenvolvimento ou divisão de uma célula, detectando diferentes substâncias químicas e biomoléculas, como enzimas ou alterações físicas, como pressão celular - tudo em tempo real e in vivo .”
Os pesquisadores afirmam que materiais como polímeros, que já são usados em pesquisas médicas e outras, podem ser integrados à operação do Cell Rover. Polímeros, por exemplo, mudam de massa ou estresse em resposta a mudanças químicas ou biomoleculares. Uma combinação como essa pode revelar informações que os métodos de observação de destruição de células atualmente em uso não revelam.
Sarkar explicou, “Com tais capacidades, os Cell Rovers podem ser valiosos em Câncer e pesquisa de doenças neurodegenerativas, por exemplo. A tecnologia pode detectar e monitorar alterações bioquímicas e elétricas associadas à doença ao longo de sua progressão em células individuais. Aplicada no campo da descoberta de medicamentos, a tecnologia pode iluminar as reações de células vivas a diferentes medicamentos”.
“Por causa da sofisticação e escala de dispositivos nanoeletrônicos como transistores e interruptores – “representando cinco décadas de tremendos avanços no campo da tecnologia da informação. O Cell Rover, com sua mini antena, poderia realizar funções que vão desde computação intracelular e processamento de informações até exploração autônoma e modulação da célula. A pesquisa demonstrou que vários Cell Rovers podem ser engajados, mesmo dentro de uma única célula, para se comunicar entre si e fora das células.”
Anantha P. Chandrakasan, reitor da Escola de Engenharia do MIT e Professor Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, dito, “O Cell Rover é um conceito inovador, pois pode incorporar tecnologia de sensoriamento, comunicação e informação dentro de uma célula viva. Isso abre oportunidades sem precedentes para diagnósticos exatos, terapias e descoberta de medicamentos, bem como uma nova direção na interseção entre biologia e dispositivos eletrônicos”.
Jornal de referência:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC et ai. Cell Rover—uma antena magnetostritiva miniaturizada para operação sem fio dentro de células vivas. Nat Commun 13 (5210). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
