Biochip revolucionário imita retina humana: um salto em direção à realidade ciborgue

SCTD, 16/01/2024 

Uma equipe de pesquisadores internacionais, liderada por Francesca Santoro de Jülich, desenvolveu um biochip que imita a retina humana. Esta inovação faz parte de um esforço mais amplo em bioeletrônica que visa reparar disfunções corporais e cerebrais. A criação deste chip é uma conquista colaborativa que envolve especialistas da Forschungszentrum Jülich, da Universidade RWTH Aachen, do Instituto Italiano di Tecnologia e da Universidade de Nápoles. Seu trabalho e descobertas foram publicados na revista Nature Communications.

A fusão do homem e da máquina é o epítome de uma narrativa de ficção científica. Na vida real, os primeiros passos em direção a esses ciborgues já foram dados há muito tempo: as pessoas têm marca-passos para tratar arritmias ou implantes cocleares para melhorar a audição, e os implantes de retina ajudam as pessoas quase cegas a enxergar pelo menos um pouco. Um novo chip poderia ajudar os implantes de retina a se fundirem ainda melhor com o corpo humano no futuro. É baseado em polímeros condutores e moléculas sensíveis à luz que podem ser usadas para imitar a retina, completando as vias visuais. Foi desenvolvido pelo grupo de pesquisa de Francesca Santoro no Instituto de Bioeletrônica de Jülich (IBI-3) em colaboração com a Universidade RWTH Aachen, o Instituto Italiano di Tecnologia de Gênova e a Universidade de Nápoles.

“Nosso semicondutor orgânico reconhece quanta luz incide sobre ele. Algo semelhante acontece aos nossos olhos. A quantidade de luz que atinge os fotorreceptores individuais acaba por criar a imagem no cérebro”, explica Santoro, professora de Interfaces Neuroeletrônicas na Universidade RWTH Aachen e também pesquisador visitante no Instituto Italiano di Tecnologia.

Chip versátil

O que há de excepcional no novo semicondutor é que ele consiste inteiramente em componentes orgânicos não tóxicos, é flexível e funciona com íons, ou seja, com átomos ou moléculas carregadas. Assim, pode ser integrado em sistemas biológicos muito melhor do que os componentes semicondutores convencionais feitos de silício, que são rígidos e funcionam apenas com elétrons. “As células do nosso corpo usam íons especificamente para controlar determinados processos e trocar informações”, explica a pesquisadora. No entanto, o desenvolvimento é, até agora, apenas uma “prova de conceito”, sublinha. O material foi sintetizado e depois caracterizado: “Conseguimos mostrar que com ele as propriedades típicas da retina podem ser imitadas”, diz ela.

Os pesquisadores já pensam em outra possível aplicação: o chip também poderia funcionar como uma sinapse artificial, já que a irradiação da luz altera a condutividade do polímero que é utilizado no curto e no longo prazo. As sinapses reais funcionam de maneira semelhante: ao transmitirem sinais elétricos, elas alteram seu tamanho e eficiência, por exemplo, o que é a base para a capacidade de aprendizado e memória do nosso cérebro. Santoro está olhando para o futuro: “Em experimentos futuros, queremos acoplar os componentes a células biológicas e conectar muitos componentes individuais”.

Compreendendo os neurônios

Além da retina artificial, a equipe de Santoro está desenvolvendo outras abordagens para chips bioeletrônicos que possam interagir de forma semelhante com o corpo humano, especificamente com as células do sistema nervoso. “Por um lado, tentamos replicar a estrutura tridimensional das células nervosas e, por outro, tentamos também replicar as suas funções, por exemplo, processar e armazenar informação.”

Os biopolímeros usados ​​na retina artificial provaram ser um material de partida adequado para isso. “Podemos usá-los para reproduzir a estrutura ramificada das células nervosas humanas com seus muitos dendritos. Você pode imaginá-lo um pouco como uma árvore”, explica a cientista. Isto é importante porque as células reais preferem estruturas tridimensionais ramificadas a superfícies lisas e, assim, estabelecem contatos próximos com as artificiais.

Em primeiro lugar, os diferentes biochips podem ser utilizados para estudar neurónios reais – por exemplo, a troca celular de informação. Em segundo lugar, Santoro e a sua equipe esperam que algum dia possam utilizar os seus componentes para intervir ativamente nas vias de comunicação das células, a fim de desencadear determinados efeitos. Por exemplo, Santoro pensa aqui em corrigir erros no processamento e transmissão de informação que ocorrem em doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson ou a doença de Alzheimer, ou em apoiar órgãos que já não funcionam adequadamente. Além disso, tais componentes também poderiam servir como interface entre membros ou articulações artificiais.

A tecnologia informática também poderia se beneficiar. Devido às suas propriedades, os chips estão predestinados a servir como hardware para redes neurais artificiais. Até agora, os programas de IA ainda funcionam com processadores clássicos que não conseguem adaptar a sua estrutura. Eles apenas imitam o princípio operacional de autoaprendizagem de redes neurais em mudança por meio de software sofisticado. Isso é muito ineficiente. Neurônios artificiais poderiam remediar essa deficiência anterior: “Eles permitiriam uma tecnologia computacional que imitasse o modo como o cérebro funciona em todos os níveis”, diz Santoro.

Artigos recomendados: H+ e Imitação

Fonte:https://scitechdaily.com/revolutionary-biochip-mimics-human-retina-a-leap-toward-cyborg-reality/