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Cientistas das universidades de Harvard e Tufts, nos Estados Unidos, desenvolveram pequenos robôs biológicos utilizando células traqueais humanas.
Esses robôs, batizados de Anthrobots (ou antrorrobôs), têm a capacidade de deslocar-se em superfícies e promover o crescimento de neurônios em áreas danificadas, conforme observado em experimentos laboratoriais.
Essas entidades multicelulares, que variam em tamanho desde a largura de um fio de cabelo humano até a ponta de um lápis afiado, existem para se autoensamblar e demonstraram um notável efeito curativo em outras células.
A descoberta marca um ponto de partida para os pesquisadores que visam utilizar biorrobôs derivados de pacientes como ferramentas terapêuticas inovadoras para regeneração, cura e tratamento de doenças.
Este trabalho é uma continuação de pesquisas anteriores realizadas nos laboratórios da Escola de Artes e Ciências da Universidade Tufts e da Universidade de Vermont.
Via CNN
Nessas pesquisas, os cientistas desenvolveram robôs biológicos multicelulares, conhecidos como xenobots, a partir de células embrionárias de sapo.
Esses xenobots mostraram habilidades como navegação em passagens, coleta de material, registro de informações, cicatrização de lesões e até mesmo replicação por alguns ciclos por conta própria.
Naquela época, não se sabia se essas habilidades eram específicas das células embrionárias de anfíbios ou se os biorrobôs poderiam ser construídos a partir de células de outras espécies.
Contudo, no estudo mais recente, publicado na revista Advanced Science, o professor Michael Levin e o estudante de doutorado Gizem Gumuskaya descobriram que é possível criar robôs a partir de células humanas adultas sem a necessidade de qualquer modificação genética.
Além disso, esses robôs apresentam capacidades que vão além do que foi observado nos xenobots.
Como trabalhar com células humanas?
A descoberta representa um passo inicial na resposta a uma questão mais abrangente levantada pelo laboratório.
Primeiramente, quais são as regras que governam a maneira como as células se agrupam e colaboram no corpo? Além disso, é possível retirar as células de seu contexto natural e reorganizá-las em diferentes “planos corporais” para desempenhar funções específicas por design?
Neste cenário, os pesquisadores ofereceram às células humanas, após décadas de existência tranquila na traqueia, a oportunidade de reiniciar e explorar maneiras de criar novas estruturas e realizar tarefas inovadoras.
Conforme especialistas, a intenção é investigar as capacidades das células para além da criação das características padrões no corpo.
Dessa forma, ao reprogramar as interações entre as células, é possível criar novas estruturas multicelulares, de maneira análoga à organização de pedras e tijolos em diferentes elementos estruturais, como paredes, arcos ou colunas.
Os pesquisadores constataram que as células não apenas tinham a capacidade de gerar novas formas multicelulares, mas também podiam deslocar-se de diversas maneiras em uma superfície de neurônios humanos cultivados em uma placa de laboratório.
Além disso, demonstraram a habilidade de estimular o crescimento para preencher lacunas causadas pelo arranhão na camada de células.
Avanços
Embora ainda não esteja claro como os robôs biológicos promovem o crescimento de neurônios, os pesquisadores confirmaram que houve um aumento no desenvolvimento neuronal na área coberta por um agrupamento de antrorrobôs, que denominaram de “superbot”.
Levin, diretor do Allen Discovery Center em Tufts e membro associado do corpo docente do Wyss Institute, comentou que os conjuntos celulares que criamos em laboratório podem possuir habilidades que transcendem suas funções naturais no corpo.
No entanto, ele diz ser ‘fascinante e completamente inesperado’ que células traqueais normais de pacientes, sem modificação do DNA, possam mover-se de forma autônoma e estimular o crescimento de neurônios em áreas danificadas.
Agora, eles estão investigando o mecanismo de cura e explorando as possibilidades dessas construções.
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Vantagens das células humanas
As vantagens do uso de células humanas incluem a possibilidade de criar robôs biológicos a partir das células do próprio paciente.
Com isso, permite a realização de intervenções terapêuticas sem o risco de desencadear uma resposta imunológica ou a necessidade de imunossupressores.
Esses robôs têm uma vida útil limitada, durando apenas algumas semanas antes de se decompor. Dessa forma, facilita sua reabsorção pelo corpo após a conclusão da tarefa.
Além disso, fora do ambiente corporal, os antrorrobôs só podem sobreviver em condições laboratoriais muito específicas.
Com isso, elimina qualquer risco de exposição ou propagação não intencional além do laboratório.
Da mesma forma, eles não se reproduzem e não apresentam alterações genéticas, como edições, acréscimos ou exclusões, o que elimina o risco de evoluírem além das salvaguardas existentes.
Como são feitos os robôs biológicos?
Cada antrorrobô tem origem em uma única célula, proveniente de um doador adulto.
Essas células são retiradas da superfície da traqueia e possuem projeções semelhantes a cabelos, conhecidas como cílios, que se movem de forma ondulante para frente e para trás.
Os cílios desempenham um papel essencial ao auxiliar as células traqueais na expulsão de partículas pequenas que alcançam as vias respiratórias.
Todos nós já experimentamos o trabalho das células ciliadas ao dar o passo final para eliminar partículas e excesso de líquido, seja tossindo ou pigarreando.
Pesquisas anteriores conduzidas por outros cientistas indicaram que, ao cultivar essas células em laboratório, elas naturalmente formam pequenas esferas multicelulares chamadas organoides.
Os pesquisadores criaram condições de crescimento que estimularam os cílios a se orientarem para fora nos organoides. Em questão de dias, essas estruturas começaram a se movimentar, impulsionadas pelos cílios que atuavam como remos.
Os pesquisadores identificaram diversas formas e padrões de movimento, destacando uma característica crucial da plataforma biorrobótica.
Levin sugere que ao incorporar outros recursos aos antrorrobôs, seria possível projetá-los para interagir com o ambiente. Ainda, poderiam viajar, desempenhar funções no corpo humano ou auxiliar na construção de tecidos específicos em laboratório.
Com a colaboração de Simon Garnier, do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey, a equipe caracterizou os distintos tipos de antrorrobôs produzidos.
Eles observaram que esses robôs biológicos se encaixavam em categorias específicas em termos de forma e movimento. Assim, abrangem tamanhos que variavam de 30 a 500 micrômetros.
Essa faixa de tamanho preenche um nicho relevante entre a nanotecnologia e dispositivos de engenharia de maior escala.
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Configurações
Alguns desses antrorrobôs apresentavam uma configuração esférica, completamente revestidos por cílios.
Enquanto isso, outros adotavam formas irregulares ou semelhantes a bolas de futebol. Dessa forma, exibem uma cobertura mais desigual de cílios ou sendo revestidos por cílios apenas em um lado.
Esses robôs demonstravam uma variedade de padrões de movimento, desde deslocamentos em linha reta e círculos apertados até combinações desses movimentos, ou simplesmente permaneciam imóveis enquanto oscilavam.
Os robôs biológicos esféricos totalmente cobertos por cílios mostravam uma propensão a movimentos agitados.
Aqueles com cílios distribuídos de maneira desigual geralmente percorriam distâncias mais longas em trajetórias retas ou curvas.
Sua sobrevivência era, em geral, de aproximadamente 45 a 60 dias em condições laboratoriais, antes de se degradarem naturalmente.
Gumuskaya destaca que os antrorrobôs se autoconstroem na placa de laboratório.
Ao contrário dos xenobots, não requerem pinças ou bisturis para modelagem, e podemos utilizar células adultas, inclusive de pacientes idosos, em vez de células embrionárias.
Assim, essa abordagem é totalmente escalável, permitindo a produção em massa desses robôs em paralelo. Isso representa um passo significativo no desenvolvimento de ferramentas terapêuticas.
Fonte: CNN
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