Uma equipa internacional liderada pela investigadora de Jülich Francesca Santoro desenvolveu um biochip inteligente que imita a retina do olho. A equipa espera utilizar esta bioelectrónica e outras semelhantes para corrigir disfunções no corpo e no cérebro. O chip é um esforço conjunto de cientistas do Forschungszentrum Jülich, da Universidade RWTH Aachen, do Istituto italiano di tecnologia e da Universidade de Nápoles.
A fusão do homem e da máquina é o epítome de uma história de ficção científica. Na realidade, os primeiros passos em direção a esses ciborgues já foram dados há muito tempo: as pessoas usam pacemakers para tratar a arritmia ou implantes cocleares para melhorar a sua audição. E os implantes de retina ajudam pessoas quase cegas a ver pelo menos um pouco. Um novo chip poderá ajudar os implantes de retina a fundirem-se ainda melhor com o corpo humano no futuro. Baseia-se em polímeros condutores e moléculas sensíveis à luz que podem ser utilizados para imitar a retina, incluindo as vias visuais. Foi desenvolvido pelo grupo de trabalho liderado pela Professora Francesca Santoro no Instituto de Bioelectrónica de Jülich (IBI-3) em colaboração com a Universidade RWTH Aachen, o Istituto italiano di Tecnologia em Génova e a Universidade de Nápoles.
“O nosso semicondutor orgânico reconhece a quantidade de luz que incide sobre ele. Algo semelhante acontece nos nossos olhos. A quantidade de luz que atinge os fotorreceptores individuais cria, em última análise, a imagem no cérebro”, explica Santoro, que é também Professor de Interfaces Neuroelectrónicas na Universidade RWTH de Aachen e cientista convidado no Istituto italiano di Tecnologia.
Chip versátil
A particularidade do novo semicondutor é que é inteiramente constituído por componentes orgânicos não tóxicos, é moldável e funciona com iões, ou seja, átomos ou moléculas carregadas. Isto torna muito mais fácil a sua integração em sistemas biológicos do que os componentes semicondutores rígidos convencionais feitos de silício, que só funcionam com electrões. “As células do nosso corpo utilizam os iões, em particular, para controlar certos processos e trocar informações”, explica o investigador. No entanto, o desenvolvimento é apenas uma “prova de conceito”, sublinha. O material foi sintetizado e depois caracterizado: “Conseguimos mostrar que pode imitar as propriedades típicas da retina”, afirma.
E os investigadores estão já a pensar numa outra aplicação possível: o chip poderia também funcionar como uma sinapse artificial, porque a irradiação da luz altera a curto e longo prazo a condutividade do polímero utilizado. As sinapses reais funcionam de forma semelhante: Ao transmitir sinais eléctricos, por exemplo, alteram o seu tamanho e eficiência, o que constitui a base da capacidade do nosso cérebro para aprender e memorizar. “Em experiências futuras, queremos acoplar os componentes a células biológicas e interligar muitas células individuais”, prevê Santoro.
Compreender os neurónios
Para além da retina artificial, a equipa de Santoro está a desenvolver outras abordagens para chips bioelectrónicos que possam interagir com o corpo humano de forma semelhante, especialmente com as células do sistema nervoso. “Por um lado, estamos a tentar recriar a estrutura tridimensional das células nervosas e, por outro, as suas funções, como o processamento e o armazenamento de informação.”
Os biopolímeros que utilizaram para a retina artificial revelaram-se um material de partida adequado. “Isto permite-nos reproduzir a estrutura ramificada das células nervosas humanas com os seus muitos dendritos. Pode imaginá-la um pouco como uma árvore”, explica o cientista. Isto é importante porque as células reais preferem estas estruturas tridimensionais ramificadas a superfícies lisas, estabelecendo assim um contacto estreito com as artificiais.
Os diferentes biochips podem ser utilizados para estudar neurónios reais – por exemplo, a troca celular de informação. Por outro lado, Santoro e a sua equipa esperam poder intervir ativamente nas vias de comunicação das células com os seus componentes, a fim de desencadear determinados efeitos. Santoro está a pensar, por exemplo, na eliminação de erros no processamento e na transmissão de informação que ocorrem em doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson ou de Alzheimer. Ou para suportar órgãos que já não funcionam corretamente. Além disso, estes componentes podem também servir de interface entre membros ou articulações artificiais.
A informática também pode ser beneficiada. Devido às suas propriedades, os chips estão predestinados a servir de hardware para redes neurais artificiais. Até à data, os programas de IA ainda funcionam com processadores clássicos que não podem adaptar a sua estrutura. Limitam-se a imitar o modo de funcionamento de auto-aprendizagem das redes neuronais em mutação, utilizando software sofisticado. Isso é muito ineficaz. Os neurónios artificiais poderiam colmatar esta lacuna atual: “Permitiriam uma tecnologia informática que imitasse a forma como o cérebro funciona a todos os níveis”, diz Santoro.
Publicação original:
Federica Corrado et al, Azobenzene-based opto-electronic transistors for neurohybrid building blocks, Nat. Comunique. (2023) DOI: 10.1038/s41467-023-41083-2 https://doi.org/10.1038/s41467-023-41083-2
