Pesquisadores desenvolvem 'diodo vivo' usando células musculares cardíacas

Os cientistas estão um passo mais perto de imitar a forma como os sistemas biológicos interagem e processam a informação no corpo - um passo vital para o desenvolvimento de novas formas de biorobótica e novas abordagens de tratamento para vários problemas de saúde relacionados com músculos como distúrbios degenerativos musculares, arritmia e perda de membros .

Usando células musculares cardíacas e fibroblastos cardíacos - células encontradas no tecido do coração conectivo - pesquisadores da Universidade de Notre Dame criaram um "diodo vivo", que pode ser usado para processamento de informação baseado em células, de acordo com um estudo recente no Advanced Biosystems. Os bioengenheiros criaram os circuitos baseados em músculos por meio de uma nova abordagem auto-formadora, de micro-padrão.

O uso de células musculares abre a porta para estruturas funcionais, biológicas ou "tecidos computacionais" que permitiriam que um órgão controlasse e dirigisse dispositivos mecânicos no corpo. O projeto organiza os dois tipos de células em um padrão retangular, separando células excitáveis ​​de células não excitáveis, permitindo que a equipe transduza sinais elétricos unidirecionalmente e alcance uma função de diodo usando células vivas. Além da função de diodo, a capacidade natural de estimulação das células musculares permitiu que Pinar Zorlutuna, professora assistente de engenharia aeroespacial e mecânica, e sua equipe passassem informações incorporadas nos sinais elétricos, modulando a frequência das células elétricas atividade. A pesquisa de Zorlutuna foi financiada pela National Science Foundation.

"As células musculares têm a capacidade única de responder a sinais externos enquanto estão conectados a fibroblastos internamente através de junções intercelulares. Combinando esses dois tipos de células temos a capacidade de iniciar, amplificar e propagar sinais direcionalmente", disse Zorlutuna, que também é diretor do Laboratório de Engenharia de Tecidos da universidade. "O sucesso destes diodos de células musculares oferece um caminho para ligar esses circuitos baseados em células a um sistema vivo - e criar unidades de controle funcional para aplicações de engenharia biomédica, como bioactuadores ou biossensores".

O trabalho da equipe apresenta uma nova opção na biocomputação, que se concentrou principalmente em usar circuitos genéticos de células únicas geneticamente modificadas ou redes neuronais dopadas com aditivos químicos para criar sistemas de processamento de informação. As opções de célula única são mais lentas para processar informações, uma vez que revezam em processos químicos, e abordagens baseadas em neurônios podem falhar os sinais, disparando para trás até 10 por cento do tempo.

Zorlutuna explora ambientes biomiméticos para entender e controlar o comportamento celular. Ela também estuda células celulares e interações célula-ambiente através de tecido e engenharia genética e micro e nanotecnologia no Centro Notre Dame de Nano Ciência e Tecnologia. Ela é pesquisadora do Centro de Células-Tronco e Medicina Regenerativa da Universidade e do Harper Cancer Research Institute.

Fonte: University of Notre Dame. "Researchers develop 'living diode' using cardiac muscle cells." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 February 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170214162810.htm>.

Referência Bibliográfica:

1. Uryan Isik Can, Neerajha Nagarajan, Dervis Can Vural, Pinar Zorlutuna. Muscle-Cell-Based “Living Diodes”. Advanced Biosystems, 2017; 1600035 DOI: 10.1002/adbi.201600035.