Para curar doenças crônicas, como insuficiência cardíaca, mal de Alzheimer e outros problemas neuronais, cientistas desenvolveram dispositivos que se passam por neurônios artificiais — que, na verdade, são chips de silício, material básico da fabricação de processadores de celular e computador.
A invenção, que se comporta exatamente como as células nervosas reais, é uma grande conquista da biotecnologia e deve ajudar no desenvolvimento de dispositivos médicos. Vale lembrar que os neurônios são células do sistema nervoso que têm como principal função conduzir os impulsos nervosos pelo corpo do indivíduo.
Além de agirem e funcionarem como neurônios artificiais, o chip precisa de apenas de um bilionésimo da potência de um microprocessador, o que o torna ideal para uso em implantes médicos e outros dispositivos bioeletrônicos pelo baixo consumo energético e alta eficiência.
Comprovando sua eficácia, a equipe de pesquisa conta com especialistas e acadêmicos das universidades de Bath, Bristol, Zurique e Auckland, e descreveu o funcionamento dos neurônios artificiais em um artigo recente, publicado na Nature Communications.
Desenvolvimento
Há anos, os cientistas buscam desenvolver neurônios artificiais, o que até o momento era um desafio enorme, justamente porque a biologia é sempre muito mais complexa que a eletrônica, e as respostas neuronais são difíceis de prever, sintetizar e mimetizar, dada a sua complexidade.
“Até agora, os neurônios eram como caixas pretas, mas conseguimos abri-la e espiar por dentro. Nosso trabalho está mudando de paradigma, porque fornece um método robusto para reproduzir as propriedades elétricas de neurônios reais em detalhes”, comemora o professor Alain Nogaret, do Departamento de Física da Universidade de Bath.
Por trás da invenção, foram necessárias horas e horas e estudos, cálculos e modelagens para entender e explicar como os neurônios respondiam aos estímulos elétricos de outros nervos. O processo todo é bastante complicado, porque as respostas não são lineares e nem facilmente previsíveis.
Dessa maneira, a equipe primeiramente projetou chips de silício que simulavam os mesmos percursos que os estímulos percorriam no cérebro, efetivando-os na prática, antes de provar que seus neurônios artificiais imitavam com precisão os neurônios reais. Assim, a equipe dividiu o processo de desenvolvimento em duas etapas.
Impactos na medicina
A invenção abre a possibilidade para novas terapias e eventuais curas de condições até então consideradas irreversíveis, como em casos em que os neurônios não estão funcionando adequadamente ou tiveram seus processos interrompidos por uma lesão na medula espinhal. O chip é bastante promissor, porque os neurônios artificiais podem reparar os biocircuitos doentes, replicando sua função saudável e respondendo adequadamente ao padrão biológico, como se fosse uma prótese biônica.
“Os neurônios precisam de apenas 140 nanoWatts de potência. Isso é um bilionésimo do requisito de potência de um microprocessador, usado por outras tentativas de produzir neurônios sintéticos”, comenta Nogaret. Segundo o professor, isso torna os neurônios adequados para implantes bioeletrônicos, inclusive, no tratamento de doenças crônicas, como insuficiência cardíaca e mal de Alzheimer. Tais doenças possuem um fundo em comum, já que os neurônios do córtex não respondem adequadamente aos comandos do sistema nervoso.
No caso da insuficiência cardíaca, os neurônios não enviam os sinais corretos para o coração, que por sua vez não bombeia o sangue tão forte quanto deveria. “Por exemplo, estamos desenvolvendo marcapassos inteligentes que não apenas estimulam o coração a bombear a um ritmo constante, mas usam esses neurônios para responder em tempo real às demandas impostas ao coração — o que acontece naturalmente em um coração saudável”, explica Nogaret.
Agora, o grupo de pesquisadores consegue estimar com precisão os parâmetros que controlam o comportamento dos neurônios com maior clareza. Segundo o pesquisador, “criamos modelos físicos e demonstramos sua capacidade de simular com êxito o comportamento de neurônios vivos. Nossa terceira descoberta é a versatilidade do nosso modelo, que permite a inclusão de diferentes tipos e funções de uma variedade de neurônios complexos em mamíferos”.
Por isso mesmo, o experimento que obteve sucesso em ratos, logo deve ser testado em humanos. Nesse futuro, outras possíveis aplicações poderiam ser no tratamento de doenças como Alzheimer e doenças degenerativas neuronais.
Fonte: Canaltech 05.12.19