Nervos eletrônicos atingem velocidade dos nervos biológicos

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O circuito orgânico opera quase na mesma velocidade que as sinapses naturais, permitindo uma conexão direta entre os circuitos eletrônicos de controle e os tecidos biológicos. [Imagem: Thor Balkhed/LiU]

Bomba de íons

Estão prontos os primeiros eletrodos que fazem jus ao nome de "nervos artificiais": eles disparam correntes iônicas praticamente na mesma velocidade que os nervos e células musculares no corpo humano - e com a precisão de células individuais.

No ano passado, pesquisadores do Instituto Karolinska, na Suécia, demonstraram que é possível reduzir a dor em animais de laboratório vivos e se movimentando injetando o neurotransmissor GABA (ácido amino-butírico gama) diretamente na medula espinhal dos animais.

Eles fizeram isto usando uma "bomba de íons", um gerador de corrente iônica feito com componentes eletrônicos orgânicos - nossos nervos e músculos se comunicam por meio de sinais enviados por meio de íons e moléculas, e o neurotransmissor GABA é uma dessas moléculas.

Nervos artificiais

Agora, seus colegas da Universidade de Linkoping aprimoraram os eletrodos, fazendo-os operar na mesma velocidade que os neurônios, o que deverá trazer ainda melhores resultados, e abrir o caminho para o uso da tecnologia em humanos.

"Nós agora podemos começar a desenvolver componentes que conversem com o corpo em sua própria linguagem," disse o professor Daniel Simon, coordenador da equipe.

"Nós fabricamos nervos artificiais que podem se comunicar diretamente com o sistema nervoso. Depois de mais de 10 anos de pesquisas, nós finalmente colocamos no lugar todas as peças do quebra-cabeças," comemorou seu colega Magnus Berggren, que vem mesmo trabalhando com nervos artificiais há muito tempo.

Diodo iônico

A equipe usou componentes eletrônicos orgânicos porque eles têm a grande vantagem de conduzir tanto eletricidade quanto íons.

O circuito utilizado permite que os sinais elétricos de controle, enviados por um computador ou outro circuito de comando, sejam convertidos em sinais químicos que o corpo pode entender. Para isso foi usado um material conhecido como PEDOT:PSS, também usado por outras equipes para fabricar eletrodos para ligar chips neurais ao cérebro e até um sensor de arrepios para ler emoções.

A equipe conseguiu construir diversas bombas de íons sobre uma única pastilha de silício. Cada bomba pode ter uma única ou várias saídas de íons, que podem ser controladas separadamente por sinais elétricos. Cada uma delas - que pode ser considerada uma sinapse artificial - é essencialmente um diodo iônico, um componente que permite que os íons trafeguem apenas em um sentido.

Visão lateral do circuito, mostrando os eletrólitos - de onde saem os íons - controlados eletricamente. [Imagem: Amanda Jonsson et al. - 10.1126/sciadv.1601340]

Velocidade nervosa

"Antes, nós só podíamos transportar os íons horizontalmente e para todas as saídas ao mesmo tempo. Agora, contudo, nós podemos enviar os íons verticalmente, o que torna a distância que eles têm que ser transportados tão curta quanto um micrômetro," disse Amanda Jonsson, responsável pelo aprimoramento do circuito. Essa distância mais curta significa que os íons podem ser disparados mais rapidamente do que era possível.

O circuito com seus nervos sintéticos foi testado apenas em bancada, por enquanto. O próximo passo será testá-lo com células vivas e, a seguir, em cobaias.

A longo prazo, a expectativa é que esta tecnologia possa ser utilizada no controle de dores crônicas, de ataques epilépticos e na redução dos sintomas do mal de Parkinson.

Bibliografia:

Chemical delivery array with millisecond neurotransmitter release
Amanda Jonsson, Theresia Arbring Sjöström, Klas Tybrandt, Magnus Berggren, Daniel T. Simon
Science Advances
Vol.: 2, no. 11, e1601340
DOI: 10.1126/sciadv.1601340