Neurônios orgânicos artificiais criados – quase como células nervosas biológicas

SCTD, 12/01/2023 

Neurônios eletroquímicos orgânicos biorrealistas habilitados por antiambipolaridade ion-ajustável em polímeros condutores mistos de íon-elétron.

Um neurônio orgânico artificial que imita de perto as características das células nervosas biológicas foi criado por pesquisadores da Universidade de Linköping (LiU), na Suécia. Este neurônio artificial pode estimular nervos naturais, tornando-se uma tecnologia promissora para vários tratamentos médicos no futuro.

O trabalho para desenvolver células nervosas artificiais cada vez mais funcionais continua no Laboratório de Eletrônica Orgânica, LOE. Em 2022, uma equipe de cientistas liderada pelo professor associado Simone Fabiano demonstrou como um neurônio orgânico artificial poderia ser integrado a uma planta carnívora viva para controlar a abertura e o fechamento de sua boca. Esta célula nervosa sintética reuniu 2 das 20 características que a diferenciam de uma célula nervosa biológica.

Em seu último estudo, publicado hoje (12 de janeiro) na revista Nature Materials, os mesmos pesquisadores da LiU desenvolveram uma nova célula nervosa artificial chamada “neurônio eletroquímico orgânico baseado em condutância” ou c-OECN, que imita de perto 15 dos 20 recursos neurais que caracterizam as células nervosas biológicas, tornando seu funcionamento muito mais semelhante às células nervosas naturais.

Neurônios artificiais criados pelos pesquisadores da Universidade de Linköping

“Um dos principais desafios na criação de neurônios artificiais que efetivamente imitam neurônios biológicos reais é a capacidade de incorporar a modulação iônica. Neurônios artificiais tradicionais feitos de silício podem emular muitos recursos neurais, mas não podem se comunicar por meio de íons. Em contraste, os c-OECNs usam íons para demonstrar várias características-chave de neurônios biológicos reais”, diz Simone Fabiano, investigadora principal do grupo de Nanoeletrônica Orgânica da LOE.

Em 2018, esse grupo de pesquisa da Universidade de Linköping foi um dos primeiros a desenvolver transistores eletroquímicos orgânicos baseados em polímeros condutores do tipo n, que são materiais que podem conduzir cargas negativas. Isso possibilitou a construção de circuitos eletroquímicos orgânicos complementares imprimíveis. Desde então, o grupo trabalha para otimizar esses transistores para que possam ser impressos em uma impressora em uma fina folha de plástico. Como resultado, agora é possível imprimir milhares de transistores em um substrato flexível e usá-los para desenvolver células nervosas artificiais.

Neurônios artificiais desenvolvidos na Universidade de Linköping

No recém-desenvolvido neurônio artificial, os íons são usados ​​para controlar o fluxo de corrente eletrônica através de um polímero condutor do tipo n, levando a picos na voltagem do dispositivo. Este processo é semelhante ao que ocorre nas células nervosas biológicas. O material único na célula nervosa artificial também permite que a corrente seja aumentada e diminuída em uma curva quase perfeita em forma de sino que se assemelha à ativação e inativação dos canais de íons de sódio encontrados na biologia.

“Vários outros polímeros apresentam esse comportamento, mas apenas os polímeros rígidos são resistentes à desordem, permitindo uma operação estável do dispositivo”, diz Simone Fabiano.

Em experimentos realizados em colaboração com o Karolinska Institute (KI), os novos neurônios c-OECN foram conectados ao nervo vago de camundongos. Os resultados mostram que o neurônio artificial pode estimular os nervos dos camundongos, causando uma alteração de 4,5% na frequência cardíaca.

O fato de o neurônio artificial poder estimular o próprio nervo vago pode, a longo prazo, abrir caminho para aplicações essenciais em várias formas de tratamento médico. Em geral, os semicondutores orgânicos têm a vantagem de serem biocompatíveis, macios e maleáveis, enquanto o nervo vago desempenha um papel fundamental, por exemplo, no sistema imunológico e no metabolismo do corpo.

O próximo passo dos pesquisadores será reduzir o consumo de energia dos neurônios artificiais, que ainda é muito superior ao das células nervosas humanas. Ainda há muito trabalho a ser feito para replicar a natureza artificialmente.

“Ainda não entendemos muito sobre o cérebro humano e as células nervosas. Na verdade, não sabemos como a célula nervosa faz uso de muitos desses 15 recursos demonstrados. A imitação das células nervosas pode nos permitir entender melhor o cérebro e construir circuitos capazes de realizar tarefas inteligentes. Temos um longo caminho pela frente, mas este estudo é um bom começo”, diz Padinhare Cholakkal Harikesh, pós-doutorando e principal autor do artigo científico.

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Fonte:https://scitechdaily.com/artificial-organic-neurons-created-almost-like-biological-nerve-cells/