Nos últimos anos, alguns pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (UIUC) vinham fazendo uma engenharia reversa com tecidos e órgãos biológicos para criar minúsculos “bio-bots”.

Essas pequeninas “máquinas biológicas” desenvolvidas por eles, conseguem caminhar acionadas por células musculares, controladas por pulsos elétricos e ópticos.

Semana passada, em um paper publicado na Nature Protocols, estes pesquisadores compartilham um protocolo detalhando a engenharia da atual geração dos seus milimétricos bio-bots.

Utilizando esqueletos impressos em 3D, esses dispositivos seriam acoplados a atuadores de músculo esquelético – desenvolvidos em tecido – para impulsionar a locomoção através de superfícies 2D.

O projeto Bio-bot foi inspirado no complexo ossos-músculos-tendões, com o esqueleto flexível impresso em 3D. A estimulação óptica do tecido muscular (laranja), que é geneticamente projetada para se contrair em resposta à luz azul, faz com que o bio-bot atravesse uma superfície na direção da luz. (Crédito: Ritu Raman et al./Nature Protocols)

O futuro dos bio-bots

No futuro, espera-se que os bio-bots possam ser usados ​​para estudos de doenças do sistema muscular, testes de medicamentos de alta performance e implantes dinâmicos, dentre outras aplicações.

Os pesquisadores imaginam futuras gerações deles como blocos biológicos para construir as máquinas do futuro.

Esses bio-bots do futuro integrariam múltiplos tipos de células e de tecidos, incluindo redes neuronais para a sensibilidade e o processamento, e redes vasculares que forneceriam nutrientes e outros bioquímicos. Eles também poderiam ter propriedades mais sofisticadas como capacidade de auto-organização e de auto-cura.

As próximas iterações de máquinas bio-híbridas poderão, por exemplo, ser projetadas para detectar toxinas químicas, locomovendo-se para neutralizá-las através de fatores secretados pelas células. Tal funcionalidade poderia ter ampla relevância em diagnósticos médicos e em terapias in vivo, ou mesmo ser estendida para uso ambiental como um método de eliminação de agentes patogênicos em redes públicas de abastecimento de água” – Trecho da pesquisa publicada.

Segundo o Rachid Bashir, professor de bioengenharia e líder do grupo de pesquisa, este protocolo tem o objetivo essencial de ser uma referência para qualquer cientista no mundo todo que queira replicar os resultados que ele e sua equipe já mostraram nos papers PNAS 2016 e PNAS 2014, dando uma estrutura para que qualquer um possa construir seu próprio bio-bot para um variedade de aplicações.

Em um novo projeto, a equipe trabalhou com especialistas em optogenética do MIT para desenvolver geneticamente uma célula do músculo esquelético sensível à luz que pudesse ser estimulada a se contrair com a luz azul pulsada. (Crédito: Ritu Raman et al./Nature Protocols)

A equipe de Bashir foi pioneira na concepção e construção de bio-bots, com menos de um centímetro de tamanho, feitos de hidrogéis flexíveis impressos em 3D e de células vivas. Em 2012, o grupo demonstrou bio-bots que poderiam “caminhar” por conta própria, alimentados pelo batimento de células cardíacas de ratos. Em 2014, evoluíram para células musculares controladas por pulsos elétricos, dando a estes pesquisadores um comando sem precedentes.

NewsAtIllinois | Ritu Raman, estudante PhD em Engenharia Mecânica na UIUC, descreve no vídeo acima os robôs biológicos (bio-bots) controlados pela luz, desenvolvidos na Universidade de Illinois.