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Arraia ciborgue de células do coração alimenta-se de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/07/2016

 É uma máquina viva, com um esqueleto de ouro e uma cobertura de células cardíacas.[Imagem: Karaghen Hudson/Michael Rosnach]

Máquina viva

Pesquisadores criaram uma arraia robótica em miniatura que nada de verdade impulsionada por células do coração de camundongos.

Como as células do coração, chamadas cardiomiócitos, foram geneticamente modificadas para ficarem sensíveis à luz, o ciborgue pode ser totalmente controlado com pulsos de luz.

Ou seja, é essencialmente uma máquina viva, exigindo as condições adequadas para que sua parte biológica sobreviva, mas obedecendo com precisão a comandos enviados por luz.

A equipe não está interessada em construir substitutos biomecatrônicos para repovoar os mares: na verdade, o interesse é entender melhor o funcionamento das células cardíacas e nervosas e descobrir como controlá-las, com vistas a construir órgãos artificiais que possam servir para transplantes.

 Arraia ciborgue em fase de construção, ainda sobre o molde. [Imagem: Karaghen Hudson/Michael Rosnach]

Arraia-robô

As arraias têm como marca registrada seu jeito suave de nadar - é como se elas voassem na água, graças aos seus corpos planos e barbatanas que mais se parecem com asas. Estas barbatanas se movem em ondas, o que permite que os peixes deslizem graciosamente gastando muito pouca energia.

Bioinspirados, Sung-Jin Park e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, construíram um robô em miniatura feito de tecidos moles que conseguiu imitar o nado das arraias e alcançar uma eficiência semelhante - uma eficiência tão grande que puderam trocar os motores, engrenagens e baterias por células cardíacas retiradas de animais.

Tudo começa com um esqueleto feito de ouro, eletricamente neutro, que é recoberto com uma fina camada de polímero flexível e transparente. Por cima do polímero os cardiomiócitos são cuidadosamente alinhados para que, quando se contraírem, estimulados pela luz, as células musculares do coração forcem as "asas" para baixo.

Como estimular as barbatanas para gerar um movimento ascendente exigiria uma segunda camada de cardiomiócitos, os pesquisadores projetaram o esqueleto com um formato que armazena um pouco de energia descendente, que é liberada quando as células relaxam, permitindo que as barbatanas subam.

 Esquema e padrão de controle do biorrobô. [Imagem: Karaghen Hudson/Michael Rosnach]

Robô acionado por luz

É possível controlar os movimentos do robô usando pulsos de luz. Pulsos assimétricos são utilizados para virar o robô para a esquerda ou para a direita, enquanto diferentes cores de luz são utilizadas para controlar a sua velocidade.

A arraia robótica contém cerca de 200.000 cardiomiócitos, tem 16 milímetros de comprimento e pesa apenas 10 gramas.

O trabalho é um melhoramento significativo em relação à água-viva artificial que a equipe havia construído, que nada, mas não com o nível de controle obtido agora.

Bibliografia:

Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray
Sung-Jin Park, Mattia Gazzola, Kyung Soo Park, Shirley Park, Valentina Di Santo, Erin L. Blevins, Johan U. Lind, Patrick H. Campbell, Stephanie Dauth, Andrew K. Capulli, Francesco S. Pasqualini, Seungkuk Ahn, Alexander Cho, Hongyan Yuan, Ben M. Maoz, Ragu Vijaykumar, Jeong-Woo Choi, Karl Deisseroth, George V. Lauder, L. Mahadevan, Kevin Kit Parker
Science
Vol.: 353, Issue 6295, pp 158-162
DOI: 10.1126/science.aaf4292