 |
| A biocélula que alimenta o chip possui bombas iônicas de sódio-potássio em uma membrana lipídica artificial. [Imagem: Trevor Finney/Jared Roseman/Columbia]
Chip bioeletrônico
Está pronto o primeiro chip alimentado pelo mesmo
processo molecular que transporta energia nos seres vivos.
O chip é um circuito integrado CMOS padrão,
equipado com uma membrana lipídica artificial contendo bombas iônicas
alimentadas por ATP, ou trifosfato de adenosina, um
nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia nas células
vivas.
Essa bioeletrônica abre o caminho para a
criação de sistemas artificiais dotados de componentes e funcionalidades
biológicas e eletrônicas.
"Combinando um dispositivo eletrônico
biológico com a tecnologia CMOS poderemos criar novos sistemas que
não são possíveis com as tecnologias individualmente," disse o professor
Kenneth Shepard, da Universidade de Colúmbia, nos EUA, cuja equipe já
havia conectado transistores com moléculas de DNA.
O pesquisador acrescenta que esses
híbridos bioeletrônicos poderão tornar-se "dispositivos ativos que terão
novas funções, como a captação de energia a partir de ATP, como foi feito aqui,
ou reconhecendo moléculas específicas, dando aos chips a capacidade de sentir
gosto ou cheiro."
Funções biológicas
Nos sistemas vivos, a energia é armazenada em
potenciais ao longo de membranas lipídicas, e o ATP é usado para transportar a
energia de onde ela é gerada para onde ela é consumida na célula.
Para alimentar o chip usando o mesmo processo, o
pesquisador Jared Roseman adicionou ao circuito integrado uma biocélula capaz
de capturar o ATP e usar sua energia. Na presença de ATP, o sistema bombeia
íons através da membrana, produzindo um potencial elétrico que é recolhido pelo
chip e usado em seu funcionamento.
Embora outros grupos já tenham coletado energia de
sistemas vivos, inclusive para alimentar robôs, a equipe está
explorando como fazer isso no nível molecular, isolando apenas a função
desejada e fazendo sua interface com a eletrônica.
"Nós não precisamos da célula inteira,"
explica Roseman. "Nós simplesmente pegamos o componente da célula que está
fazendo o que queremos. Para este projeto, nós isolamos as ATPases porque são
as proteínas que nos permitem extrair energia do ATP."
Combinando biologia com eletrônica
A capacidade para construir sistemas que combinem o
poder da eletrônica de estado sólido com as capacidades dos componentes
biológicos é muito promissora, com um número de potenciais aplicações tão
grande que é difícil listá-las.
"Hoje você precisa de um cão farejador de
bombas, mas se pudermos pegar apenas a parte do cão que é útil [para esta
função] - as moléculas responsáveis pelo funcionamento do seu olfato - não
precisaremos mais do animal inteiro," exemplifica o professor Shepard.
Bibliografia:
Hybrid integrated biological solid-state system
powered with adenosine triphosphate
Jared M. Roseman, Jianxun Lin, Siddharth Ramakrishnan,
Jacob K. Rosenstein, Kenneth L. Shepard
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 10070
DOI: 10.1038/ncomms10070
|
domingo, 7 de fevereiro de 2016
Bioeletrônica: Primeiro chip alimentado biologicamente
Brasileiros usam veneno de cascavel para criar cola biológica
Selante de fibrina
Pesquisadores da UNESP (Universidade Estadual Paulista), em Botucatu (SP), desenvolveram uma cola biológica a partir do veneno da cobra cascavel (Crotalus durissus terrificus).
Por ser um produto biológico, a cola - que os pesquisadores chamam de selante de fibrina - terá uso primordial em medicina e estudos avançados de terapia celular, sobretudo envolvendo células-tronco.
A cola foi desenvolvida a partir da mistura de uma enzima extraída do veneno da cascavel com fibrinogênio de sangue de grandes animais.
Fibrinogênio é uma proteína envolvida na coagulação do sangue, funcionando como matéria-prima a partir da qual o organismo produz a fibrina necessária para estancar a perda sanguínea em um ferimento.
A equipe demonstrou que o selante de fibrina possui uma estrutura tridimensional capaz de segurar e manter células-tronco no local onde devem se desenvolver.
O material não causou rejeição, mostrando-se uma alternativa eficaz e de baixo custo para a engenharia de tecidos e engenharia celular.
"O selante de fibrina tem um baixo custo de produção, não transmite doenças infecciosas a partir de sangue humano e tem propriedades de um andaime adequado para as células estaminais porque permite a preparação de suportes diferenciados, que são adequados para todas as necessidades", explica o professor Rui Seabra Ferreira Júnior.
Patente e desenvolvimento
A UNESP depositou um pedido de patente para garantir os direitos de criação intelectual sobre o desenvolvimento do produto biológico.
O INPI (Instituto Nacional de Propriedade Industrial) deverá avaliar a pertinência de realizar uma extensão internacional do pedido de patente, visto que o depósito garante a proteção somente em território brasileiro.
O esforço agora será encontrar parceiros da iniciativa privada que se interessem em produzir e comercializar o selante de fibrina.
Para isso, deverão ser feitos investimentos em desenvolvimento - o escalonamento e a criação de um produto comercial a partir dos passos desenvolvidos em laboratório.
O mais recente artigo científico sobre o selante de fibrina mereceu destaque na capa da plataforma científica BioMed Central, que reúne resultados publicados em mais de 250 revistas científicas.
Bibliografia:
A new fibrin sealant as a three-dimensional scaffold candidate for mesenchymal stem cells
Vinícius P. Gasparotto, Fernanda C. Landim-Alvarenga, Alexandre L. Oliveira, Gustavo Ferreira Simões, João F. Lima-Neto, Benedito Barraviera, Rui S. Ferreira
Stem Cell Research & Therapy
Vol.: 5:78
DOI: 10.1186/scrt467
Pesquisadores da UNESP (Universidade Estadual Paulista), em Botucatu (SP), desenvolveram uma cola biológica a partir do veneno da cobra cascavel (Crotalus durissus terrificus).
Por ser um produto biológico, a cola - que os pesquisadores chamam de selante de fibrina - terá uso primordial em medicina e estudos avançados de terapia celular, sobretudo envolvendo células-tronco.
A cola foi desenvolvida a partir da mistura de uma enzima extraída do veneno da cascavel com fibrinogênio de sangue de grandes animais.
Fibrinogênio é uma proteína envolvida na coagulação do sangue, funcionando como matéria-prima a partir da qual o organismo produz a fibrina necessária para estancar a perda sanguínea em um ferimento.
A equipe demonstrou que o selante de fibrina possui uma estrutura tridimensional capaz de segurar e manter células-tronco no local onde devem se desenvolver.
O material não causou rejeição, mostrando-se uma alternativa eficaz e de baixo custo para a engenharia de tecidos e engenharia celular.
"O selante de fibrina tem um baixo custo de produção, não transmite doenças infecciosas a partir de sangue humano e tem propriedades de um andaime adequado para as células estaminais porque permite a preparação de suportes diferenciados, que são adequados para todas as necessidades", explica o professor Rui Seabra Ferreira Júnior.
 |
| A cola foi desenvolvida a partir da mistura de uma enzima extraída do veneno da cascavel com fibrinogênio de sangue de grandes animais. [Imagem: Cevap/Unesp] |
Patente e desenvolvimento
A UNESP depositou um pedido de patente para garantir os direitos de criação intelectual sobre o desenvolvimento do produto biológico.
O INPI (Instituto Nacional de Propriedade Industrial) deverá avaliar a pertinência de realizar uma extensão internacional do pedido de patente, visto que o depósito garante a proteção somente em território brasileiro.
O esforço agora será encontrar parceiros da iniciativa privada que se interessem em produzir e comercializar o selante de fibrina.
Para isso, deverão ser feitos investimentos em desenvolvimento - o escalonamento e a criação de um produto comercial a partir dos passos desenvolvidos em laboratório.
O mais recente artigo científico sobre o selante de fibrina mereceu destaque na capa da plataforma científica BioMed Central, que reúne resultados publicados em mais de 250 revistas científicas.
Bibliografia:
A new fibrin sealant as a three-dimensional scaffold candidate for mesenchymal stem cells
Vinícius P. Gasparotto, Fernanda C. Landim-Alvarenga, Alexandre L. Oliveira, Gustavo Ferreira Simões, João F. Lima-Neto, Benedito Barraviera, Rui S. Ferreira
Stem Cell Research & Therapy
Vol.: 5:78
DOI: 10.1186/scrt467
Ultrassom agora também para ossos e metais
Uso terapêutico
Pesquisadores desenvolveram uma técnica que permite que o ultrassom penetre nos ossos e até em metais.
Isto deverá não apenas melhorar os exames atuais, mas também permitir o uso da técnica de forma terapêutica, por exemplo, para aplicar energia e "queimar" tumores cerebrais ou no interior dos ossos.
Fora da área médica, exames de ultrassom poderão ser utilizados para avaliação não-destrutiva de materiais e equipamentos, como a fadiga em peças de aviões.
Chen Shen e seus colegas da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, construíram metamateriais especiais que anulam a distorção causada pelas camadas de aberração, os materiais mais densos que deturpam os ultrassons e impedem sua reflexão para a geração das imagens.
Ultrassom para metais e ossos
A ultrassonografia funciona emitindo ondas acústicas de alta frequência. Quando essas ondas refletem em um objeto, elas retornam para o equipamento de ultrassom, que traduz as ondas que retornam em uma imagem. Mas os ossos e os metais têm características físicas que bloqueiam ou distorcem as ondas acústicas - materiais assim são chamados de camadas de aberração.
A equipe resolveu o problema projetando um metamaterial que anula as propriedades acústicas da camada de aberração por meio de uma série de membranas e pequenos tubos.
As simulações mostraram que apenas 28% da energia das ondas de ultrassom passam por um osso. Quando o metamaterial é colocado acima do osso, porém, 88% da energia das ondas de ultrassom passam através de ambos.
A equipe agora está trabalhando na fabricação de protótipos do metamaterial que possam se adequar à realidade das aplicações médicas e das análises não-destrutivas para a indústria.
Bibliografia:
An Anisotropic Complementary Acoustic Metamaterial for Cancelling out Aberrating Layers
Chen Shen, Jun Xu, Nicholas X. Fang, Yun Jing
Physical Review X
Vol.: 4, 041033
DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041033
Pesquisadores desenvolveram uma técnica que permite que o ultrassom penetre nos ossos e até em metais.
Isto deverá não apenas melhorar os exames atuais, mas também permitir o uso da técnica de forma terapêutica, por exemplo, para aplicar energia e "queimar" tumores cerebrais ou no interior dos ossos.
Fora da área médica, exames de ultrassom poderão ser utilizados para avaliação não-destrutiva de materiais e equipamentos, como a fadiga em peças de aviões.
Chen Shen e seus colegas da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, construíram metamateriais especiais que anulam a distorção causada pelas camadas de aberração, os materiais mais densos que deturpam os ultrassons e impedem sua reflexão para a geração das imagens.
 |
| Em vez de bloquear as ondas, o metamaterial anula as características acústicas de materiais densos, como ossos e metais. [Imagem: Yun Jing] |
Ultrassom para metais e ossos
A ultrassonografia funciona emitindo ondas acústicas de alta frequência. Quando essas ondas refletem em um objeto, elas retornam para o equipamento de ultrassom, que traduz as ondas que retornam em uma imagem. Mas os ossos e os metais têm características físicas que bloqueiam ou distorcem as ondas acústicas - materiais assim são chamados de camadas de aberração.
A equipe resolveu o problema projetando um metamaterial que anula as propriedades acústicas da camada de aberração por meio de uma série de membranas e pequenos tubos.
As simulações mostraram que apenas 28% da energia das ondas de ultrassom passam por um osso. Quando o metamaterial é colocado acima do osso, porém, 88% da energia das ondas de ultrassom passam através de ambos.
A equipe agora está trabalhando na fabricação de protótipos do metamaterial que possam se adequar à realidade das aplicações médicas e das análises não-destrutivas para a indústria.
Bibliografia:
An Anisotropic Complementary Acoustic Metamaterial for Cancelling out Aberrating Layers
Chen Shen, Jun Xu, Nicholas X. Fang, Yun Jing
Physical Review X
Vol.: 4, 041033
DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041033
Biovidro reduz risco de falhas em implantes de titânio
Biovidro
Ao ser depositado sobre a superfície de implantes dentários e ortopédicos feitos de titânio, um novo vidro com propriedades bioativas - um biovidro - reduz o risco de falhas causadas por infecções bacterianas e acelera o processo de ligação dessas próteses metálicas com o tecido ósseo (osseointegração).
O novo material, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), foi patenteado e já despertou o interesse de empresas do Brasil e do exterior.
O biovidro, conhecido informalmente como F18, é composto por sílica, cálcio, sódio, potássio, magnésio e fósforo.
Em suas propriedades já demonstradas experimentalmente estão a aceleração da formação de tecido ósseo (osteoindutor), controle das inflamações (ação anti-inflamatória) e indução da formação de vasos sanguíneos (angiogênica).
"Fizemos testes in vivo [em animais] e os resultados indicaram que a fase inicial de osseointegração de implantes dentários com a superfície coberta pelo novo biovidro foi até uma vez e meia mais rápida em comparação com implantes sem a superfície coberta pelo material," disse Clever Ricardo Chinaglia, participante do projeto.
Vidro bioativo
Uma das principais diferenças do novo material em relação ao 45S5 - o primeiro biovidro desenvolvido no mundo, na década de 1960 - e outros vidros bioativos criados depois é que o F18 possui alguns elementos químicos que impedem sua cristalização e o tornam capaz de eliminar bactérias - efeito bactericida.
A maioria dos biovidros existentes hoje apenas detém a proliferação de determinados tipos de bactérias - eles são bacteriostáticos.
Pelo fato de não cristalizar facilmente, pode-se obter o material na forma de fibras longas e flexíveis (fibras bioativas) - que, segundo os pesquisadores, são as únicas fibras de biovidro existentes no mundo - além de outras formas complexas tridimensionais (3D).
Biovidro reduz risco de falhas em implantes de titânio
Superfície de titânio recoberta pelo biovidro, que acelera a formação de tecido ósseo e impede a proliferação de bactérias na superfície de próteses dentárias e ortopédicas. [Imagem: Clever Ricardo Chinaglia]
Além disso, também é possível moer o material e obter partículas com granulometria da ordem de micrômetros ou nanômetros, que podem ser fixadas à superfície de implantes de titânio, fazendo com que ele seja biofuncionalizado, ou seja, apresente funções bioativas encontradas somente em determinados organismos vivos, como a capacidade de induzir a formação de tecido ósseo e de vasos sanguíneos.
Ao serem implantadas, as partículas de biovidro na superfície das próteses de titânio começam a se dissolver e a liberar íons importantes para a osseointegração, desaparecendo totalmente após o término dos estágios iniciais do processo - que levam de 7 a 10 dias -, explicou Chinaglia.
Ensaios clínicos
Agora, os pesquisadores pretendem iniciar ensaios clínicos - em pacientes humanos - o que deverá ser feito com financiamento de empresas interessadas na tecnologia - duas norte-americanas e duas brasileiras.
Os acordos deverão ser mediados pela empresa emergente Vetra, fundada pelos pesquisadores, que já detém as licenças das patentes derivadas do novo material e do novo processo de deposição.
Ao ser depositado sobre a superfície de implantes dentários e ortopédicos feitos de titânio, um novo vidro com propriedades bioativas - um biovidro - reduz o risco de falhas causadas por infecções bacterianas e acelera o processo de ligação dessas próteses metálicas com o tecido ósseo (osseointegração).
O novo material, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), foi patenteado e já despertou o interesse de empresas do Brasil e do exterior.
O biovidro, conhecido informalmente como F18, é composto por sílica, cálcio, sódio, potássio, magnésio e fósforo.
Em suas propriedades já demonstradas experimentalmente estão a aceleração da formação de tecido ósseo (osteoindutor), controle das inflamações (ação anti-inflamatória) e indução da formação de vasos sanguíneos (angiogênica).
"Fizemos testes in vivo [em animais] e os resultados indicaram que a fase inicial de osseointegração de implantes dentários com a superfície coberta pelo novo biovidro foi até uma vez e meia mais rápida em comparação com implantes sem a superfície coberta pelo material," disse Clever Ricardo Chinaglia, participante do projeto.
 |
| O biovidro pode ser sintetizado na forma de fibras ou em formatos 3D determinados por um molde. [Imagem: Clever Ricardo Chinaglia] |
Vidro bioativo
Uma das principais diferenças do novo material em relação ao 45S5 - o primeiro biovidro desenvolvido no mundo, na década de 1960 - e outros vidros bioativos criados depois é que o F18 possui alguns elementos químicos que impedem sua cristalização e o tornam capaz de eliminar bactérias - efeito bactericida.
A maioria dos biovidros existentes hoje apenas detém a proliferação de determinados tipos de bactérias - eles são bacteriostáticos.
Pelo fato de não cristalizar facilmente, pode-se obter o material na forma de fibras longas e flexíveis (fibras bioativas) - que, segundo os pesquisadores, são as únicas fibras de biovidro existentes no mundo - além de outras formas complexas tridimensionais (3D).
Biovidro reduz risco de falhas em implantes de titânio
Superfície de titânio recoberta pelo biovidro, que acelera a formação de tecido ósseo e impede a proliferação de bactérias na superfície de próteses dentárias e ortopédicas. [Imagem: Clever Ricardo Chinaglia]
Além disso, também é possível moer o material e obter partículas com granulometria da ordem de micrômetros ou nanômetros, que podem ser fixadas à superfície de implantes de titânio, fazendo com que ele seja biofuncionalizado, ou seja, apresente funções bioativas encontradas somente em determinados organismos vivos, como a capacidade de induzir a formação de tecido ósseo e de vasos sanguíneos.
Ao serem implantadas, as partículas de biovidro na superfície das próteses de titânio começam a se dissolver e a liberar íons importantes para a osseointegração, desaparecendo totalmente após o término dos estágios iniciais do processo - que levam de 7 a 10 dias -, explicou Chinaglia.
Ensaios clínicos
Agora, os pesquisadores pretendem iniciar ensaios clínicos - em pacientes humanos - o que deverá ser feito com financiamento de empresas interessadas na tecnologia - duas norte-americanas e duas brasileiras.
Os acordos deverão ser mediados pela empresa emergente Vetra, fundada pelos pesquisadores, que já detém as licenças das patentes derivadas do novo material e do novo processo de deposição.
 |
| Superfície de titânio recoberta pelo biovidro, que acelera a formação de tecido ósseo e impede a proliferação de bactérias na superfície de próteses dentárias e ortopédicas. [Imagem: Clever Ricardo Chinaglia] |
Coração de espuma quer bater dentro do peito
Coração mole
Pesquisadores da Universidade de Cornell, nos EUA, desenvolveram um novo material leve e elástico, com a consistência de espuma, que tem potencial para uso em próteses, órgãos artificiais e robótica.
A espuma poroelástica é única porque pode ser moldada e seus poros interconectados permitem o bombeamento de fluidos através do material de forma controlada, sem vazamentos.
A espuma de polímero começa como um líquido, que pode ser vertido em um molde para criar o formato desejado. Quando ar ou um líquido é bombeado através dele, o material se move e pode alterar o seu comprimento em até 300%.
Embora aplicações médicas, com o uso do material no interior do corpo humano, dependam de testes e aprovação pelas autoridades de saúde, os pesquisadores já estão simulando órgãos protéticos com a espuma de elastômero.
"Já estamos progredindo muito bem rumo à construção de uma mão protética desta forma," disse o professor Rob Shepherd, cuja equipe já desenvolveu garras robóticas flexíveis, robôs de silicone e tentáculos robóticos.
Biocompatibilidade
O que já ficou pronto, porém, é um coração com um aspecto que lembra uma almôndega, mas capaz de imitar a forma e a função da coisa real, segundo Shepherd.
Utilizando fibras de carbono e de silicone na parte exterior do coração, foi possível criar uma estrutura que se expande a taxas diferentes na superfície - isso dá versatilidade aos projetos, permitindo, por exemplo, fazer com que uma forma originalmente esférica expanda-se na forma de um ovo.
"Este [protótipo] explora o efeito da porosidade no atuador, mas agora pretendemos tornar os atuadores de espuma mais velozes e com maior força, para que possamos aplicar mais potência. Também estamos focando na biocompatibilidade," disse Shepherd.
Fonte: Site Inovação Técnologica
Pesquisadores da Universidade de Cornell, nos EUA, desenvolveram um novo material leve e elástico, com a consistência de espuma, que tem potencial para uso em próteses, órgãos artificiais e robótica.
A espuma poroelástica é única porque pode ser moldada e seus poros interconectados permitem o bombeamento de fluidos através do material de forma controlada, sem vazamentos.
A espuma de polímero começa como um líquido, que pode ser vertido em um molde para criar o formato desejado. Quando ar ou um líquido é bombeado através dele, o material se move e pode alterar o seu comprimento em até 300%.
Embora aplicações médicas, com o uso do material no interior do corpo humano, dependam de testes e aprovação pelas autoridades de saúde, os pesquisadores já estão simulando órgãos protéticos com a espuma de elastômero.
"Já estamos progredindo muito bem rumo à construção de uma mão protética desta forma," disse o professor Rob Shepherd, cuja equipe já desenvolveu garras robóticas flexíveis, robôs de silicone e tentáculos robóticos.
 |
| [Imagem: Cornell University] |
Biocompatibilidade
O que já ficou pronto, porém, é um coração com um aspecto que lembra uma almôndega, mas capaz de imitar a forma e a função da coisa real, segundo Shepherd.
Utilizando fibras de carbono e de silicone na parte exterior do coração, foi possível criar uma estrutura que se expande a taxas diferentes na superfície - isso dá versatilidade aos projetos, permitindo, por exemplo, fazer com que uma forma originalmente esférica expanda-se na forma de um ovo.
"Este [protótipo] explora o efeito da porosidade no atuador, mas agora pretendemos tornar os atuadores de espuma mais velozes e com maior força, para que possamos aplicar mais potência. Também estamos focando na biocompatibilidade," disse Shepherd.
 |
| O bombeamento de fluido ou ar nas paredes do coração de espuma transforma a coisa toda em uma bomba pulsante. [Imagem: Benjamin C. Mac Murray - 10.1002/adma.201503464] |
Fonte: Site Inovação Técnologica
Assinar:
Postagens (Atom)