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Cientistas projetaram neurônios para produzir materiais eletricamente condutores

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Peças de eletricidade um papel surpreendentemente poderoso em nossos corpos. Embora a maioria das pessoas esteja ciente de que ela desempenha um papel crucial na transmissão de sinais para e de nossos nervos, nossos corpos produzem campos elétricos que podem fazer tudo, desde ajudaing curar feridas para desencadearing a liberação de hormônios.

Os campos elétricos podem influenciar uma série de comportamentos celulares importantes, como migração direcional, proliferação, divisão ou até diferenciação em diferentes tipos de células. O trabalho de Michael Levin, da Universidade Tufts, sugere que campos elétricos pode desempenhar um papel crucial na maneira como nossos corpos se organizamze eles mesmos.

Isso gerou um interesse considerável em explorar a receptividade de nosso corpo à estimulação elétrica por meios terapêuticos, mas, dada a natureza difusa dos campos elétricos, um desafio fundamental é encontrar uma maneira de localizar esses efeitos. Polímeros condutores provaram ser uma ferramenta útil EuNesse sentido, graças às suas boas propriedades elétricas e biocompatibilidade, foram utilizadas em tudo, desde implantes neurais a biossensores.

Mas agora, uma equipe da Universidade de Stanford desenvolveu uma maneira de projetar geneticamente neurônios para transformar os materiais em suas próprias membranas celulares. A abordagem poderia tornar possível atingir grupos de células altamente específicos, fornecendo controle sem precedentes sobre a resposta do corpo à estimulação elétrica.

Em um em papel Ciência, a equipe explicaed como eles usaram vírus reprojetados para fornecer DNA que sequestros maquinaria de biossíntese de células para criar uma enzima que se reúnes polímeros eletroativos em suas membranas. Isso altera as propriedades elétricas das células, que a equipe demonstrou que poderiam ser usadas para controlar seu comportamento.

Eles usaram a abordagem para modular o disparo neuronal em culturas de neurônios do hipocampo de ratos, fatias de cérebro de camundongos e até esferóides corticais humanos. Mais impressionante, eles mostraram que poderiam persuadir os neurônios da vida C. elegans worms para produzir os polímeros em quantidades grandes o suficiente para alterar seu comportamento sem prejudicar a função natural das células.

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Traduzir a idéia para os seres humanos coloca grandes desafios, principalmente porque os vírus usados ​​para promover as alterações genéticas ainda estão longe de serem aprovados para uso clínico. Mas a capacidade de direcionar com precisão células usar uma abordagem genética é uma promessa enorme para a medicina bioeletrônica, afirmam Kevin Otto e Christine Schmidt, da Universidade da Flórida, em uma perspectiva de acompanhamento.

O interesse está crescendo em terapias que usam a estimulação elétrica de circuitos neurais como uma alternativa aos medicamentos para doençass tão variados quanto artrite, Alzheimer, diabetes e doenças cardiovasculares e centenas de ensaios clínicos estão em andamento.

Atualmente, essas abordagens dependem de eletrodos que podem fornecer algum nível def localização, mas como os diferentes tipos de células nervosas geralmente são agrupados, é difícil estimular exatamente os nervos certos, dizem Otto e Schmidt. Essa nova abordagem torna possível aumentar a condutividade de tipos específicos de células, o que poderia tornar esses tipos de intervenções muito mais direcionados.

Além das intervenções bioeletrônicas focadas na doença, Otto e Schmidt afirmam que a abordagem pode ser inestimável para ajudar na interface de próteses avançadas com o sistema nervoso dos pacientes, possibilitando a excitação de neurônios sensoriais sem acionar acidentalmente neurônios motores, ou vice versuma.

Mespeculativamente, a abordagem poderia dpode ajudar a criar pontes muito mais eficientes entre nossas mentes e máquinas. Um dos principais desafios para interfaces cérebro-máquina está gravando a partir de neurônios específicos, algo que uma abordagem geneticamente direcionada pode ajudar bastante.

Se os pesquisadores puderem replicar a capacidade de criar “compósitos” de tecidos eletrônicos em humanos, podemos estar a caminho do futuro ciborgue previsto pela ficção científica.

Crédito da imagem: Gerd Altmann por Pixabay

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