Sapos ciborgues ajudam a explorar os mistérios do cérebro
Investigadores americanos implantaram com sucesso chips em girinos, mas a bioeletrónica tem usado muitos outros organismos vivos para tratar doenças, combater a poluição ou melhorar as operações de resgate.
Ao longo de 12 semanas, Hao Sheng e a sua equipa acompanharam atentamente a metamorfose de um pequeno grupo de girinos. Os investigadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, estavam apreensivos, mas respiraram de alívio quando as larvas cresceram e se tornaram sapos adultos e saudáveis.
Numa experiência que muitos só imaginariam na ficção científica, os bioengenheiros implantaram um chip que se adaptou ao crescimento do cérebro e à medula espinal dos animais.
Após algumas tentativas falhadas, os cientistas conseguiram finalmente criar um dispositivo eletrónico à escala nanométrica. A sua consistência é tão macia como a do tofu, os fios foram feitos de materiais semelhantes aos tecidos biológicos e a sua flexibilidade moldou-se ao organismo dos girinos.
O estudo demonstrou que o dispositivo implantado nos anfíbios pode registar a atividade elétrica de cada célula cerebral com a precisão de milissegundos.
Autismo, transtorno bipolar ou esquizofrenia são alguns dos distúrbios neurológicos que podem ocorrer em estágios precoces do crescimento humano. Mas ainda não há como medir a atividade cerebral durante o desenvolvimento neuronal inicial.
A tecnologia criada na Universidade de Harvard poderá permitir alcançar os mistérios mais profundos do cérebro e estudar áreas até agora inexploradas. Mas esta não é uma experiência inédita.
Os avanços na bioeletrónica
A bioeletrónica é uma área que, nos anos mais recentes, tem vindo a crescer rapidamente. Existem já vários implantes feitos de materiais eletricamente condutores para abordar diversas doenças, com demonstrações para tratar arritmia cardíaca, epilepsia e até doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer.
O primeiro implante bem-sucedido num organismo vivo ocorreu em 2006 quando os investigadores da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, colocaram um chip numa larva da mariposa Manduca sexta. Até então, as experiências tinham fracassado, com o dispositivo a ser rejeitado pelo inseto.
Desde então, os investigadores fizeram inúmeros progressos. A Universidade de Queensland, na Austrália, criou recentemente besouros ciborgues controlados à distância para serem usados em missões de resgate. A Universidade de Osaka, no Japão, implantou capacetes de luz ultravioleta em baratas para teleguiá-las em ambientes perigosos e demasiado pequenos para robôs convencionais.
Na Universidade de Washington, nos EUA, nasceu um gafanhoto com implantes cerebrais capaz de usar o seu olfato para detetar explosivos. Moscas ciborgues estão também a ajudar os cientistas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, a avançar nos tratamentos de doenças neurológicas.
Um ano antes, uma equipa da Universidade de Bristol, no Reino Unido, criou um kit de ferramentas microscópicas com componentes elétricos para serem conectados ao corpo humano. A chave para este avanço está no desenvolvimento de uma técnica para construir fios condutores biodegradáveis a partir de proteínas projetadas em laboratório.
As peças são feitas a partir de aminoácidos naturais e moléculas heme, encontradas em proteínas como a hemoglobina, que transportam oxigénio nos glóbulos vermelhos do sangue.
Além de se adaptarem ao organismo, os materiais biológicos eliminam a necessidade de procedimentos complexos usados na produção de moléculas sintéticas.
Na Universidade de Maryland, nos EUA, a equipa liderada por Sally Wang conseguiu, em meados de 2024, conectar células bacterianas a um sistema de circuito fechado. O protótipo mostrou-se capaz de monitorizar esses organismos, gerar impulsos para alterar o seu comportamento, medir o novo comportamento e fazer ajustes contínuos.
O objetivo final é desenvolver dispositivos de cuidados de saúde inteligentes para administrar medicamentos ou rastrear em tempo real a progressão de doenças oncológicas. Mas a tecnologia também poderá ter aplicações potenciais na agricultura e na conservação ambiental.
Mais surpreendente ainda é o projeto do grupo de 21 cientistas liderado pelo biólogo e engenheiro Thomas Hartung, da Universidade Johns Hopkins, nos EUA.
A nova forma de computação utilizará material biológico para realizar operações mais complexas, gastando menos energia.
Ainda no campo da teoria especulativa, os cientistas pretendem usar pequenas esferas feitas de neurónios criados em laboratório para construir o software. Chamados de organoides cerebrais, já estão, aliás, a ser aplicados há quase uma década em estudos para entender os mecanismos de doenças neurais.
Os autores do trabalho reconhecem, todavia, que desenvolver uma máquina com essas características está ainda dependente de avanços em muitas outras áreas. Todas estas experiências, especialmente as que têm como objetivo progredir no tratamento de doenças, precisam, na verdade, de percorrer um longo caminho antes de serem testadas em humanos.
Os desafios a superar
Embora ofereçam uma alternativa menos invasiva às terapias convencionais, a rejeição pelo corpo, a segurança ou a privacidade dos dados dos pacientes são desafios que precisam, antes de mais, de gerar debates, códigos de conduta e legislação.
Os especialistas estão cientes de que será preciso estudar também a sua eficácia a longo prazo e a possibilidade de efeitos adversos que não são ainda totalmente compreendidos.
Estamos, portanto, no início desta aventura, mas não deixa de ser eletrizante poder testemunhar os primeiros passos para uma viragem no paradigma da tecnologia, da biomedicina e da ciência.
Referências da notícia
Hao Sheng, Ren Liu, Qiang Li, Zuwan Lin, Yichun He, Thomas S. Blum, Hao Zhao, Xin Tang, Wenbo Wang, Et al. Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development. Nature
Ayesa Paul, Alper Bozkurt, John Ewer & Bernd Blossey. Surgically implanted micro-platforms in manduca-sexta. ResearchGate.
Cyborg beetles could revolutionise urban search and rescue. UQ News – Universidade de Queensland.
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