Um coquetel de gel usa açúcares do corpo para “cultivar” eletrodos em peixes vivos

Um novo gel injetável (foto) pode reagir com os açúcares do corpo para “crescer” um eletrodo dentro do tecido vivo, mostra um estudo em peixe-zebra.

THOR BALKHED

Por Simon Makin

23 de fevereiro de 2023 às 16h25

Pela primeira vez, os investigadores aproveitaram a química do próprio corpo para “cultivar” eléctrodos dentro dos tecidos de peixes vivos, confundindo a fronteira entre a biologia e as máquinas.

A técnica utiliza os açúcares do corpo para transformar um gel injetado em um eletrodo flexível sem danificar os tecidos, mostram experimentos. Os peixes-zebra com esses eletrodos cultivados em seus cérebros, corações e nadadeiras caudais não mostraram sinais de efeitos nocivos, e os testados em sanguessugas estimularam com sucesso um nervo, relatam pesquisadores na revista Science de 24 de fevereiro.

Algum dia, esses eletrodos poderão ser úteis para aplicações que vão desde o estudo de como funcionam os sistemas biológicos até a melhoria das interfaces homem-máquina. Eles também poderiam ser usados ​​​​em “medicina bioeletrônica”, como terapias de estimulação cerebral para depressão, doença de Parkinson e outras condições (SN: 10/02/19).

A eletrônica suave visa preencher a lacuna entre a biologia suave e curva e o hardware eletrônico. Mas esses componentes eletrônicos normalmente ainda precisam conter certas peças que podem estar sujeitas a rachaduras e outros problemas, e a inserção desses dispositivos inevitavelmente causa danos aos tecidos.

“Todos os aparelhos que fizemos, embora os tenhamos flexibilizado, para torná-los mais macios, quando os apresentarmos ainda vai ficar uma cicatriz. É como enfiar uma faca no órgão”, diz Magnus Berggren, cientista de materiais da Universidade de Linköping, na Suécia. As cicatrizes e a inflamação podem degradar o desempenho do eletrodo ao longo do tempo.

Esforços anteriores para cultivar eletrônicos leves dentro dos tecidos apresentam desvantagens. Uma abordagem utiliza sinais elétricos ou químicos para alimentar a transformação da sopa química em eletrodos condutores, mas esses choques também causam danos. Um estudo de 2020 contornou este problema modificando geneticamente células de vermes para produzir uma enzima projetada que faz o trabalho, mas o novo método atinge os seus resultados sem alterações genéticas.

Os eletrodos de Berggren e colegas exploram uma fonte de energia natural já presente no corpo: os açúcares. O coquetel de gel contém moléculas chamadas oxidases que reagem com os açúcares – glicose ou lactato – para produzir peróxido de hidrogênio. Isso então ativa outro ingrediente do coquetel, uma enzima chamada peroxidase de hidrogênio, que é o catalisador necessário para transformar o gel em um eletrodo condutor.

“A abordagem aproveita a química elegante para superar muitos dos desafios técnicos”, afirma o engenheiro biomédico Christopher Bettinger, da Universidade Carnegie Mellon, em Pittsburgh, que não esteve envolvido no estudo.

Para testar a técnica, os pesquisadores injetaram o coquetel no cérebro, no coração e nas nadadeiras caudais do peixe-zebra transparente. O gel fica azul quando se torna condutor, dando uma leitura visual do seu sucesso.

“O mais bonito é que podemos ver: a cauda do peixe-zebra muda de cor e sabemos que o azul indica um polímero condutor”, diz o cientista de materiais Xenofon Strakosas, também da Universidade de Linköping. “A primeira vez que vi, pensei 'Uau, está realmente funcionando!'”

Os peixes pareciam não sofrer efeitos nocivos e os pesquisadores não encontraram evidências de danos nos tecidos. Em sanguessugas parcialmente dissecadas, a equipe mostrou que o fornecimento de corrente a um nervo por meio de um eletrodo macio poderia induzir contrações musculares. Em última análise, dispositivos como este poderiam ser emparelhados com várias tecnologias sem fio em desenvolvimento.

O desempenho do implante a longo prazo ainda precisa ser determinado. “As demonstrações são impressionantes”, diz Bettinger. “O que falta ver é a estabilidade do eletrodo.” Com o tempo, as substâncias do corpo podem reagir com os materiais dos eletrodos, degradando-os ou até produzindo substâncias tóxicas.

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