Pele artificial ativa células cerebrais

Com informações da Science -  16/10/2015

A "pele artificial" são os pequenos retângulos colados na ponta dos dedos da mão robótica. [Imagem: Bao Research Group/Stanford]

Pele sintética

O grupo da professora Zhenan Bao, da Universidade de Stanford, vem aprimorando sensores orgânicos há vários anos, que permitiram construir uma pele eletrônica tão sensível quanto a pele humana.

Agora eles usaram esses circuitos orgânicos flexíveis em conjunto com sensores de pressão especializados para criar um "mecanorreceptor", uma pele artificial capaz de sentir a força de objetos estáticos.

Mais do que isso, a equipe conseguiu transferir os sinais sensoriais recebidos pela pele artificial para células neurais retiradas do cérebro de camundongos (in vitro), utilizando a optogenética.

Isso traz novas esperanças para muitas pessoas que usam próteses, que sonham com um equipamento que lhes permita sentir sensações em seus membros artificiais.

"Nós temos um monte de trabalho a fazer para tirar isto do nível experimental para as aplicações práticas. Mas, depois de passar muitos anos neste trabalho, eu agora vejo um caminho claro por onde podemos levar a nossa pele artificial," disse a professora Bao.

Optogenética

Para criar a pele artificial, a equipe desenvolveu um circuito especializado feito com materiais orgânicos flexíveis, que traduz a pressão estática em sinais digitais que dependem de quanta força mecânica é aplicada.

Um dos desafios foi criar sensores que pudessem sentir a mesma gama de pressões que os seres humanos. A solução foi encontrada em nanotubos de carbono moldados em microestruturas piramidais, que são particularmente eficazes em tunelar os sinais do campo elétrico gerado pelos objetos para o eletrodo de recepção, de uma forma que maximiza a sensibilidade.

Outro desafio foi transferir o sinal digital da pele artificial para os neurônios corticais do camundongo, uma vez que as proteínas sensíveis à luz normalmente utilizadas em optogenética não estimulam disparos neurais de duração suficiente para que estes sinais digitais sejam detectados. A solução foi desenvolver novas proteínas capazes de acomodar intervalos de estimulação mais longos.

Os sensores ativaram neurônios in vitro. O próximo passo será uma conexão direta com o sistema nervoso de animais de laboratório. [Imagem: Bao Research Group/Stanford]

Conexão nervosa

"Esta é a primeira vez que um material flexível, semelhante à pele, foi capaz de detectar a pressão e transmitir o sinal para um componente do sistema nervoso," disse Bao.

A pesquisadora acrescenta que os resultados indicam que o sistema pode ser compatível com outros neurônios que disparam rapidamente, incluindo os nervos periféricos.

O próximo passo natural da pesquisa será conectar a pele eletrônica optogenética diretamente ao sistema nervoso de animais de laboratório.
Bibliografia:

A skin-inspired organic digital mechanoreceptor
Benjamin C.-K. Tee, Alex Chortos, Andre Berndt, Amanda Kim Nguyen, Ariane Tom, Allister McGuire, Ziliang Carter Lin, Kevin Tien, Won-Gyu Bae, Huiliang Wang, PingMei, Ho-Hsiu Chou, Bianxiao Cui, Karl Deisseroth, Tse Nga Ng, Zhenan Bao
Science
Vol.: 350, Issue 6258 - 313-316
DOI: 10.1126/science.aaa9306