A interseção entre o biológico e o eletrônico destaca-se como uma área de pesquisa científica dinâmica, unindo especialistas de diversas disciplinas em busca de avanços que englobam desde biocomputadores e neurônios eletrônicos até a integração de dispositivos eletrônicos no corpo humano.
Embora dispositivos médicos como desfibriladores, marcapassos e eletrocardiogramas, que lidam com sinais elétricos do coração, representem avanços significativos na bioeletrônica, há desafios a superar para desenvolver dispositivos práticos capazes de acessar informações moleculares para métricas de saúde e tratamento de doenças.
Sally Wang e sua equipe, da Universidade de Maryland nos EUA, alcançaram um marco ao conectar células bacterianas vivas a um sistema de circuito fechado que se comunica através da interface entre tecnologia e biologia. O circuito fechado monitora as bactérias, gera impulsos para modificar seu comportamento, mede as respostas, ajusta-se novamente e assim por diante.
Na demonstração, reações químicas e engenharia genética foram empregadas para controlar os processos biológicos das células bacterianas em tempo real por meio de sinais eletrônicos. A bactéria E. coli foi escolhida por ser de fácil propagação e frequentemente usada em experimentos científicos, mas os princípios podem ser aplicados a qualquer tipo de célula.
[Imagem: Sally Wang ]
O objetivo final da equipe é desenvolver dispositivos de saúde inteligentes que possam sair dos laboratórios e serem implementados em clínicas, como sistemas de distribuição de medicamentos para diabéticos ou rastreadores em tempo real da progressão da doença em pacientes com câncer.
[Imagem: Sally Wang]
Na eletrônica convencional, a transferência de informações ocorre por meio do fluxo de elétrons nos circuitos, enquanto nas comunicações sem fio, ondas eletromagnéticas desempenham esse papel.
Em contraste, na biologia, não há elétrons livres se movendo pelo corpo. Sally Wang explica que os sistemas biológicos transferem elétrons por meio de reações redox, onde moléculas redox transportam elétrons entre reações químicas, resultando em mudanças nos níveis de oxidação nas células.
A equipe liderada por Sally Wang já havia demonstrado anteriormente a conexão entre sistemas biológicos e eletrônicos por meio de redes redox biológicas. Agora, eles desenvolveram um sistema em circuito fechado, monitorando em tempo real a atividade biológica de uma célula e controlando eletronicamente seus sistemas genéticos, uma técnica conhecida como “eletrogenética”. Esse avanço visa criar dispositivos de saúde inteligentes para aplicação clínica.
Controle Eletrônico de Células Vivas
A equipe utilizou a ferramenta de edição genética CRISPR para modificar as células bacterianas E. coli, incorporando proteínas e anticorpos de outros organismos, como águas-vivas e bactérias Pseudomonas. Esse ajuste permitiu que as E. coli respondessem de forma específica à eletricidade.
Quando essas bactérias recebem elétrons, emitem fluorescência – sinais ópticos – que podem ser registrados e interpretados em tempo real por uma máquina. A máquina, por sua vez, pode avaliar se precisa fornecer mais corrente para manter a transferência de elétrons entre sistemas, demonstrando um ciclo.
As células bacterianas geneticamente modificadas podem aceitar elétrons não apenas de eletrodos, mas também de outras células, por meio de reações redox, tornando-as “bilíngues”. O professor William Bentley destacou que isso abre portas para a criação de novas maneiras de conectar tecnologias ricas em informações e dados à biologia, oferecendo inúmeras oportunidades na área da eletrogenética.
Além das inovações no campo da saúde, como monitoramento de doenças e administração precisa de medicamentos, essa tecnologia apresenta potenciais aplicações na agricultura e conservação ambiental. Por exemplo, um monitor inteligente de terras agrícolas poderia fornecer informações telemétricas sobre a otimização do conteúdo de microrganismos ou adubos no solo, reduzindo a necessidade de pesticidas e herbicidas.
De acordo com Nature.
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