Componente com 100 átomos controla bioeletricidade das células

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2022

Esquema do componente bimolecular, controlado por luz, interagindo com uma célula viva.
[Imagem: Katya Kadyshevskaya/USC]

Bioeletricidade

A bioeletricidade, a corrente elétrica que flui dentro e entre nossas células, é fundamental para nossa capacidade de pensar, falar e andar.

A alteração dos campos bioelétricos das células e tecidos já vem sendo explorada na cicatrização de ferimentos e até mesmo no combate a doenças como câncer e doenças cardíacas, mas a baixíssima intensidade dos campos elétricos e as dimensões envolvidas tornam difícil ampliar a utilização dessas técnicas e torná-las mais precisas.

Mas a ajuda já está a caminho, pelas mãos de Yingmu Zhang e seus colegas da Universidade do Sul da Califórnia.

Zhang criou um componente molecular que consegue fazer as duas funções essenciais para essas aplicações: Detectar e manipular o campo bioelétrico circundante.

O componente em forma de triângulo é formado pela conexão de apenas duas pequenas moléculas, tornando o dispositivo muito menor que um vírus, com o diâmetro semelhante ao de uma fita de DNA - no total, as duas moléculas e suas ligações têm cerca de 100 átomos.

Molécula sensora e molécula atuadora

Cada uma das duas moléculas, ligadas por uma pequena cadeia de átomos de carbono, tem sua própria função: Uma molécula atua como um sensor ou detector, que mede o campo elétrico local quando é iluminada por luz vermelha; A segunda molécula, o atuador ou modificador, gera elétrons adicionais quando exposta à luz azul.

Essa capacidade de controlar independentemente cada função, usando diferentes comprimentos de onda de luz, é um acréscimo significativo ao já inédito componente, dando uma versatilidade que o tornará útil em inúmeros experimentos.

Como a molécula sensora pode se inserir no tecido, ela tem a possibilidade de medir campos elétricos de forma minimamente invasiva - em comparação com a inserção de um eletrodo enorme -, fornecendo imagens 3-D e de alta resolução de redes neurais de forma ultrarrápida. Isso pode ser útil para pesquisadores interessados em testar os efeitos de novos medicamentos ou mudanças em condições como pressão e oxigênio. Ao contrário de muitas outras ferramentas anteriores, ela faz isso sem danificar células ou tecidos saudáveis ou exigir a manipulação genética do sistema.

Além disso, a molécula atuadora, alterando o campo elétrico das células próximas, pode alterar com precisão um único ponto, permitindo que os pesquisadores determinem os efeitos em cascata ao longo, digamos, de toda uma rede de células cerebrais ou células cardíacas.

"Se você tem uma rede sem fio em sua casa, o que acontece se um desses nós ficar instável?" exemplifica o professor Andrea Armani, coordenador da equipe. "Como isso afeta todos os outros nós em sua casa? Eles ainda funcionam? Uma vez que entendamos um sistema biológico como o corpo humano, poderemos prever melhor sua resposta - ou alterar sua resposta, como fazer medicamentos melhores para evitar comportamentos indesejáveis."

Uso no laboratório

Embora não tenha as propriedades que permitam seu uso no corpo humano, o componente orgânico deverá se tornar um instrumento valioso nos experimentos in vitro.

"Este agente de imagem multifuncional já é compatível com os microscópios existentes, por isso permitirá que uma ampla gama de pesquisadores - da biologia à neurociência e à fisiologia - façam novos tipos de perguntas sobre sistemas biológicos e sua resposta a diferentes estímulos: drogas e fatores ambientais. As novas fronteiras são infinitas," disse Armani.

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