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Microfluídica revela dinâmica microscópica de tecidos vivos

Nova técnica promete observação direta de pequenos fragmentos de tecido no interior do organismo

“O mundo em miniatura é intrigante e fascinante. Nessa escala, água se comporta como mel e células podem ser levadas a brilhar como luzes de Natal” (Laboratório Albert Folch, University of Washington)
Por Amy Robinson “MIT Neurotech”

Blog da Scientific American

Um veículo-robô de liga de alumínio, de 4,2 metros, viaja através da escuridão espacial a estonteantes 21 mil km/h.

Durante 563,2 milhões de quilômetros, sua carga de instrumentos científicos, construídos para detectar raios-X e analisar minerais, permaneceu isolada, enviando periodicamente pings [sinais de comunicação] para seu planeta de origem. Oito meses após seu lançamento, a nave se aproxima de seu destino à medida que um distante ponto vermelho se transforma em um gigantesco planeta: Marte.

Para pousar com sucesso, o Curiosity Rover, de US$ 2,5 bilhões da Nasa, precisa desacelerar para 0,01% de sua velocidade de cruzeiro, se proteger do calor [por meio de um escudo], se orientar na atmosfera de um planeta estranho, ativar uma “mochila foguete”, e então descer rumo à superfície em uma manobra inédita que envolve uma espécie de “guindaste celestial” (Sky Crane, em inglês), parecida com uma versão robotrônica de Missão Impossível.

Cada manobra é calculada meticulosamente e executada com precisão, apesar do fato de que nenhum humano jamais foi além da Lua da Terra. Até os sonhos marcianos de Elon Musk se tornarem realidade, cientistas de foguetes continuarão se apoiando em simulações para entender e operar com êxito em ambientes que eles próprios jamais poderiam visitar.

Em biologia, adota-se uma abordagem similar.

Um humano tem mais de 7.500 “partes” identificadas e mais de 60 órgãos. Mas a maioria se encontra profundamente embutida no interior de um corpo vivo, fora do alcance de monitoramento e imageamento de alta resolução moderno. A atual observação e posterior compreensão de microambientes celulares são limitadas — ainda não podemos inserir nanorobôs de rastreamento em uma corrente sanguínea ou produzir imagens através do crânio e do cérebro para medir mudanças químicas precisas em seu interior.

Então, como podemos compreender racionalmente os sistemas moleculares que mantêm um organismo vivo ou levam órgãos a adoecer?

Uma solução promissora está na intersecção de engenharia e biologia: a microfluídica.

Utilizando diminutas recombinações customizadas da clássica placa de Petri biológica, pesquisadores podem simular condições encontradas em um corpo e controlar variáveis específicas como mudanças enzimáticas ou a presença de fatores de crescimento.

Do mesmo jeito que a Nasa usou simulações em Marte para modelar e de fato pousar o Curiosity Rover com êxito, pesquisadores estão começando a replicar cenários in vivo e in vitro [em organismos e em condições experimentais] para estudar anomalias, inclusive o crescimento e a disseminação de tumores.

Agora eles podem observar diretamente como pequenos fragmentos de tecido canceroso se separam, migram através da corrente sanguínea, e se estabelecem em vasos capilares. Eles podem até testar a eficácia de diferentes medicamentos nesses cânceres sem colocar uma vida em risco.

Câncer é apenas o começo. Roger Kamm do Massachusetts Institute of Technoly (MIT) acredita que, futuramente, talvez possamos cultivar e simular órgãos a partir de células do próprio paciente, para testar como reagirão a diferentes medicamentos. A tecnologia microfluídica também está sendo aplicada à neurociência para estudar fases de desenvolvimento e decifrar como variações em processos químicos e físicos levam neurônios a crescer ou atrofiar.

Considere o caso bem estudado de junções neuromusculares (ou junções mioneurais). Essas chamadas sinapses excitatórias permitem que uma pessoa mova seu corpo deliberadamente e são encontradas entre um neurônio motor espinal (ou espinhal) e uma fibra muscular esquelética.

Albert Folch da University of Washington salienta que, “enquanto a sequência de sinais moleculares que levam à sinaptogênese [o processo de formação de sinapses entre os neurônios do sistema nervoso central] é qualitativamente bem conhecida, pouco se sabe sobre as quantidades (concentração, duração, início, etc.) dos diversos sinais neuroquímicos envolvidos”.

A tecnologia microfluídica está mudando isso ao abrir janelas para microambientes celulares que controlam funções essências de comportamento. Cientistas são capazes de usar circuitos desse tipo para testar computação neuronal e construir “portões” lógicos a partir de células vivas.

Conhecimentos fundamentais facilitam aplicações criativas.

Recentemente, pesquisadores de microfluídica começaram a desenvolver biorobôs, máquinas híbridas que combinam uma estrutura flexível com células musculares vivas. Kamm prevê que, futuramente, eles serão equipados com sistemas sensoriais neuronais e, algum dia, talvez sejam empregados em uma ampla gama de casos, como procurar e absorver contaminantes químicos depois de um vazamento de petróleo.

O video, em inglês, mostra fenômenos microscópicos em curso, como a migração de células, por exemplo.

Nota do editor de Scientific American: Esta é a terceira parte de uma série sobre neurotecnologias emergentes. Junte-se a uma classe-piloto de 12 estudantes de PhD no MIT enquanto exploramos como a neurociência está revolucionando nossa compreensão do cérebro. Cada “post” coincide com uma palestra e visita ao laboratório do MIT, um programa criado pelo Center for Neurobiological Engineering (Centro de Engenharia Neurobiológica). Essa experiência é apoiada por MITx e criada por EyeWire.

 Sobre a autora: Amy Robinson é a diretora criativa de EyeWire, um jogo desenvolvido pelo MIT e pela University of Princeton para mapear o cérebro. EyeWire é jogado por 150 mil pessoas ao redor do mundo. Juntos, os jogadores estão nos ajudando a decifrar os mistérios de como nós enxergamos. Amy é uma TEDster de longa data [TED é uma plataforma para ideias que valem à pena ser propagadas] e fundou o TEDx Music Project, uma coleção das melhores músicas ao vivo de eventos TEDx ao redor do mundo. Siga-a no Twitter @amyleerobinson.

As opiniões expressas são as da autora e não necessariamente as da Scientific American.

Scientific American 9 de outubro de 2014