Neurônios eletrônicos integram-se ao tecido cerebral

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/03/2019

Os neurônios naturais (verde) mesclaram-se com os neurônios artificiais (vermelho). [Imagem: Xiao Yang et al. - 10.1038/s41563-019-0292-9]

Neurônios artificiais

Uma equipe da Universidade de Harvard, nos EUA, projetou uma sonda neural que funciona e se parece tanto com um neurônio real que o cérebro não consegue identificar os impostores implantados.

O cérebro mantém uma guarda estrita contra invasores, o que significa que qualquer corpo estranho é imediatamente atacado e neutralizado.

Infelizmente, isso inclui as sondas e chips neurais, que estão sendo desenvolvidos para tratamentos médicos, como epilepsia, depressão e outras doenças neurológicas, além de estudos mais aprofundados do próprio cérebro.

"Este avanço literalmente tira a nitidez das diferenças sempre presentes e claras nas propriedades de sistemas criados pelo homem e sistemas vivos," disse o professor Charles Lieber, cuja equipe vem trabalhando há alguns anos em tecidos ciborgues, que misturam biológico e eletrônico.

Comparação entre um neurônio natural e o neurônio eletrônico. [Imagem: Xiao Yang et al. - 10.1038/s41563-019-0292-9]

Eletrônica semelhante a neurônios

O novo sensor neural imita três características que ninguém havia conseguido obter em um laboratório: a forma, o tamanho e a flexibilidade de um neurônio real.

"O estereótipo da sonda neural é que elas são gigantes em comparação com os alvos neuronais que estão interrogando. Mas, no nosso caso, eles são essencialmente iguais," disse a pesquisadora Xiao Yang.

Neurônios se parecem um pouco com girinos, com cabeças redondas e caudas longas e flexíveis. Então, Yang e seus colegas criaram uma cabeça para abrigar o eletrodo de gravação, que é feito de metal, que corresponde ao tamanho do soma (ou corpo celular) do neurônio.

Sua interconexão de fios serpenteia através de uma "cauda" de polímero ultraflexível, lembrando a neurite do neurônio. De acordo com Yang, sua "eletrônica similar a neurônios" (NeuE: neuron-like electronics) é de "5 a 20 vezes mais flexível do que as sondas mais flexíveis relatadas até hoje".

Neurônios naturais uniram-se aos neurônios eletrônicos, reforçando os sinais lidos pela sonda neural. [Imagem: Xiao Yang et al. - 10.1038/s41563-019-0292-9]

Tecido neural híbrido

Construídos os neurônios artificiais - o que foi feito por fotolitografia -, a equipe usou uma seringa para injetar dezesseis imitadores neurais na região do hipocampo do cérebro de um camundongo - essa região foi escolhida por seu papel central na aprendizagem, memória e envelhecimento. Lá, eles se desdobraram para criar uma teia porosa, imitando a rede de neurônios entrecruzados do cérebro.

Dentro de um dia, e prosseguindo até meses depois, os neurônios naturais se integraram à rede artificial, formando um tecido híbrido. Essa assimilação explica por que a equipe conseguiu uma coleta de dados estável mesmo meses após a implantação, sem perder o sinal de nenhum neurônio artificial sequer.

Na verdade, alguns neurônios naturais se juntaram no processo de enviar sinais. "É um resultado inesperado e entusiasmante," disse Yang, acrescentando que os novos sinais neuronais indicam que neurônios recém-nascidos podem usar o neurônio eletrônico artificial como suporte para alcançar áreas danificadas do cérebro e ajudar a regenerar o tecido.

Por conta disso, Yang já está trabalhando no projeto e fabricação de sondas neurais menores e mais flexíveis, além de explorar o potencial da sua "eletrônica semelhante a neurônios" para servir como um suporte ativo para a regeneração do tecido neural in vivo.

De modo mais geral, a expectativa é que essa eletrônica semelhante a neurônios eventualmente ofereça uma alternativa segura e estável para tratar doenças neurológicas, danos cerebrais e até mesmo depressão e esquizofrenia, permitindo monitorar e modular ativamente as redes neurais.

Bibliografia:

Bioinspired neuron-like electronics
Xiao Yang, Tao Zhou, Theodore J. Zwang, Guosong Hong, Yunlong Zhao, Robert D. Viveros, Tian-Ming Fu, Teng Gao, Charles M. Lieber
Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-019-0292-9