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Tacnologia

Cérebro iluminado

Cientistas criam luz de LED minúscula que pode ser inserida no órgão sem danificá-lo. O invento poderá ajudar pesquisas sobre doenças neurológicas

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postado em 12/04/2013 12:31

Roberta Machado

 

O invento é mostrado ao lado de uma agulha: a espessura do dispositivo é 20 vezes menor que a de um fio de cabelo (Fotos: University of Illinois/Urbana Champaign/Washington University-St. Louis/Divulgação) 
O invento é mostrado ao lado de uma agulha: a espessura do dispositivo é 20 vezes menor que a de um fio de cabelo


Pesquisadores norte-americanos, em conjunto com um time de cientistas sul-coreanos, conseguiram desenvolver e testar uma luz de LED flexível e pequena o bastante para ser inserida no cérebro de um animal vivo. Essa é a primeira vez que um dispositivo eletrônico é instalado no órgão sem causar qualquer tipo de irritação ou queimadura nos neurônios. O aparelho pesa apenas 600mg e produz uma luz potente o suficiente para ser vista em uma sala iluminada, um feito surpreendente para algo tão minúsculo — a ferramenta tem uma espessura 20 vezes menor que a de um fio de cabelo, podendo ser instalada na ponta de uma agulha.

Os criadores da microluz acreditam que ela pode ser usada em experimentos científicos com pequenas cobaias ou em procedimentos médicos delicados. A invenção já foi usada numa experiência que testou os efeitos da recompensa em ratos geneticamente modificados, descrita na edição desta semana da revista Science.

A invenção funciona sem fios e pode ser inserida em qualquer profundidade do cérebro. Isso significa alcançar, sem prejudicar, áreas da mente que controlam e reagem a diferentes emoções ou ações. A versatilidade da ferramenta pode resultar em uma variedade de experimentos ou procedimentos sobre o cérebro ainda vivo. Algumas opções são a estimulação do efeito de drogas ou de níveis de oxigênio ou do fluxo sanguíneo nos neurônios unicamente por meio da iluminação.

O equipamento é feito de materiais semelhantes aos usados em LEDs comuns, mas em um design praticamente celular, que pode ser inserido numa estrutura de polímeros flexíveis. O problema de energia encontrado em dispositivos semelhantes também foi resolvido. “Ele é alimentado por ondas de rádio em um módulo de força miniatura que fica preso ao lado de fora da cabeça do animal. O tempo de operação pode, então, ser infinito. Eles estão sempre ligados, desde que a fonte de ondas de rádio também esteja”, explica John Rogers, físico da Universidade de Illinois e um dos criadores do aparelho.

Além da luz, a ferramenta é equipada com fotodetectores e estimuladores elétricos, assim como sensores de temperatura, microaquecedores e eletrodos de medição. Essa estrutura foi projetada para garantir o funcionamento preciso e inofensivo à integridade do cérebro. “Conseguimos, por exemplo, mostrar a habilidade de injetar circuitos microeletrônicos e sensores com a capacidade de interagir eletricamente com neurônios, sem a necessidade de modificação genética”, exemplifica Rogers.

Também existe a possibilidade do uso da mesma tecnologia para a fabricação de dispositivos com diversas luzes, cada uma com funcionamento separado e com cores diferentes. Os futuros usos da invenção ainda não foram determinados, mas os responsáveis pela pesquisa asseguram que as possíveis aplicações clínicas podem contribuir no tratamento e na pesquisa de diversas doenças psiquiátricas ou neurológicas. “A vantagem de o dispositivo ser bem pequeno é que ele pode proteger as células do cérebro e não causar nenhum dano a elas. Ele também tem mais compatibilidade com o tecido do órgão. Então, é possível estudar a biologia de forma mais eficiente”, enumera Michael Bruchas, neurocientista da Washington University, em St. Louis, um dos responsáveis pelo projeto.

A inserção no cérebro de ratos vivos permitiu aos pesquisadores estimularem a área de recompensa dos animais 
A inserção no cérebro de ratos vivos permitiu aos pesquisadores estimularem a área de recompensa dos animais


Controle mental
A função do minúsculo diodo, reforçam os cientistas, pode ser muito maior que apenas iluminar mentes de cobaias ou pacientes. Para comprovar a eficiência do aparelho, o grupo inseriu o dispositivo no cérebro de pequenos ratos geneticamente modificados. “Os dispositivos não podem penetrar o cérebro sozinhos, porque não são flexíveis. Então, o montamos numa estrutura rígida que é biossolúvel”, descreve Jordan McCall, estudante do Programa de Neurociência da Washington University. Depois que a armação inseriu o diodo entre os neurônios, ela foi dissolvida pelos fluidos cerebrais, deixando apenas o LED dentro do cérebro.

O procedimento foi feito em animais criados de uma linhagem que deixou os neurônios sensíveis à luz. A modificação genética não causou mudanças no comportamento natural dos ratos, apenas tornou as células cerebrais responsivas. Depois, os bichos foram submetidos a uma terapia de genes, em que vírus levaram um tipo de proteína específica para os neurônios. O processo fez com que, toda vez que fossem iluminadas, as células liberassem dopamina, a substância que estimula o sistema de recompensa.

Como o aparelho não tem fios, os ratinhos conseguiram se mover sem dificuldades mesmo com os aparelhos presos às cabeças. A liberdade era necessária para o experimento, que submeteu os animais a um labirinto. Depois de encontrar o caminho, as cobaias podiam tocar com os narizes o botão que ligava o LED instalado em seus cérebros. A luz fazia os bichos sentirem prazer, numa reação semelhante ao vício da cocaína. Logo, os ratos aprendiam a percorrer o labirinto rapidamente para receber a recompensa.

A microluz mostrou ser capaz de controlar circuitos em regiões ligadas a comportamentos específicos de animais. “Controlamos um aspecto muito pequeno do cérebro. Na verdade, eles estão controlando por conta própria”, explica Michael Bruchas. O dispositivo será usado agora para o estudo da depressão e da ansiedade. Mas, por enquanto, o grupo não deve testar um efeito semelhante em cérebros humanos. “Até que a terapia de genes esteja mais avançada, não temos como tornar as células cerebrais (de humanos) mais sensíveis”, ressalta.
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