Notícia

Pesquisadores desenvolvem microrrobôs para o estudo de células

Astrid Eckert, TUM

Fonte

TUM | Universidade Técnica de Munique

Data

segunda-feira, 11 setembro 2023 20:30

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Bioética. Biologia. Biomecânica. Biotecnologia. Ciência dos Materiais. Engenharia Biológica. Física Médica. Nanotecnologia. Oncologia. Robótica. Sistemas de Controle.

Eles são redondos, têm metade da espessura de um fio de cabelo humano, contêm nanobastões de ouro e corante fluorescente e são cercados por um biomaterial obtido de algas. E também podem ser acionados por luz laser para se moverem entre as células. Esses minúsculos robôs foram criados pela professora Dra. Berna Özkale Edelmann. A pesquisadora e líder do Laboratório de Bioengenharia Microrrobótica da Universidade Técnica de Munique (TUM), na Alemanha, tem trabalhado com a sua equipe de pesquisadores para desenvolver uma plataforma tecnológica que possibilite a produção em larga escala destes microrrobôs. Atualmente estão sendo usados in vitro, fora do corpo humano.

Os microrrobôs ‘TACSI’ diferem dos robôs humanoides clássicos ou braços robóticos vistos nas fábricas. Todo o sistema requer um microscópio para ampliar os mundos em pequena escala, um computador e um laser para acionar os microrrobôs de 30 micrômetros (µm) controlados por humanos. Outro aspecto especial: os robôs não só podem ser aquecidos, como também indicam continuamente sua temperatura. Isto é importante porque, juntamente com a capacidade de encontrar o caminho para células individuais, eles também são projetados para aquecer  células individuais ou grupos de células.

TACSI significa ‘Imagem de Sinal Celular Ativada Termicamente’, em tradução direta. Em termos simples, é um sistema baseado em imagens capaz de aquecer células para ativá-las. E faz sentido a analogia da tecnologia TACSI com o a palavra ‘táxi’ é: no futuro, os minúsculos robôs serão ‘dirigidos’ diretamente para o local onde os pesquisadores desejam estudar os processos celulares. “Pela primeira vez no mundo, desenvolvemos um sistema que não apenas permite que os microrrobôs naveguem por grupos de células, mas que também pode estimular células individuais através de mudanças de temperatura”, disse a professora Berna Özkale Edelmann.

Como são feitos os microrrobôs?

A produção dos microrrobôs é baseada em ‘chips microfluídicos’ que modelam o processo de fabricação. O biomaterial é injetado através de um canal localizado no lado esquerdo do chip. Um óleo com componentes específicos é então adicionado de cima e de baixo através de canais de 15 a 60 µm. Os robôs finalizados surgem à direita. No caso do microrrobô TACSI, são adicionados os seguintes componentes:

• Um corante fluorescente: neste caso é utilizado o corante laranja rodamina B, que perde intensidade de cor com o aumento da temperatura. Isto torna o microrrobô um termômetro eficaz para o observador;
• Nanobastões de ouro: as hastes do metal precioso de 25 a 90 nanômetros (nm) têm a propriedade de aquecer rapidamente (e resfriar novamente) quando bombardeadas com luz laser. Leva apenas alguns microssegundos para aumentar a temperatura do robô em 5°C. Os nanobastões podem ser aquecidos a 60°C. Através do processo automático de equilíbrio de temperatura dos nanobastões (por convecção), os robôs são acionados a uma velocidade máxima de 65 µm por segundo.

“Isso torna possível fabricar até 10.000 microrrobôs em uma única produção”, explicou Philipp Harder, membro da equipe de pesquisa.

Células respondem às mudanças de temperatura

Às vezes, pequenas mudanças de temperatura são suficientes para influenciar os processos celulares. “Quando a pele é ferida, por exemplo, através de um corte, a temperatura corporal aumenta ligeiramente, fazendo com que o sistema imunológico seja ativado”, explicou a professora Özkale Edelmann. Ela quer saber mais sobre se esta ‘estimulação térmica’ pode ser usada para curar feridas. Também faltam pesquisas sobre se as células cancerígenas se tornam mais agressivas quando estimuladas. Estudos atuais mostram que as células cancerígenas morrem a altas temperaturas (60°C). Este efeito também pode ser usado para tratar arritmia cardíaca e depressão.

Importação de cálcio

Pesquisadores da equipe da professora Özkale Edelmann usaram células renais para demonstrar que os canais iônicos celulares podem ser influenciados. Para fazer isso, eles direcionaram os microrrobôs TACSI até as células. “Usamos o laser infravermelho para aumentar a temperatura. Para medir o aumento, medimos a intensidade da cor do corante rodamina B”, explicou Philipp Harder. A equipe observou que os canais iônicos das células se abriam em determinadas temperaturas, por exemplo, para permitir a entrada de cálcio na célula.

“Usando este exemplo concreto, mostramos que o calor causa mudanças na célula, mesmo com ligeiros aumentos de temperatura”, concluiu a  professora Berna Özkale Edelmann. Ela espera que novas pesquisas apontem o caminho para novos tratamentos – por exemplo, tornando possível levar medicamentos para células individuais.

Os resultados foram publicados na revista científica Advanced Healthcare Materials.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Munique (em inglês).

Fonte: Andreas Schmitz, Centro de Comunicação Corporativa da Universidade Técnica de Munique. Imagem: doutorando Philipp Harder produz milhares de novos microrrobôs no laboratório. Fonte: Astrid Eckert, TUM.

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