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Neurônios orgânicos artificiais

16.01.2023

Pesquisadores da Universidade de Linköping (LiU), na Suécia, criaram um neurônio orgânico artificial que imita de perto as características das células nervosas biológicas. Este neurônio artificial pode estimular nervos naturais, tornando-se uma tecnologia promissora para vários procedimentos médicos no futuro.

No LOE Organic Electronics Laboratory, o trabalho continua para desenvolver células nervosas artificiais cada vez mais funcionais. Em 2022, uma equipe de cientistas liderada pela professora assistente Simona Fabiano demonstrou como um neurônio orgânico artificial pode ser integrado a uma planta carnívora viva para controlar a abertura e o fechamento de sua boca. Esta célula nervosa sintética combinava com 2 das 20 características que a distinguem de uma célula nervosa biológica.

Pesquisadores da LiU desenvolveram uma nova célula nervosa artificial chamada neurônio eletroquímico orgânico baseado em condução, ou c-OECN, que imita com precisão 15 dos neurônios. 20 recursos neurais que caracterizam as células nervosas biológicas, fazendo com que funcionem como células nervosas naturais.

Um dos principais desafios na criação de neurônios artificiais que efetivamente imitam neurônios biológicos reais é a capacidade de ativar a modulação iônica. Neurônios artificiais tradicionais feitos de silício podem emular muitas funções 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, pesquisadora principal do Grupo de Nanoeletrônica Orgânica da LOE.

Em 2018, um grupo de pesquisa da Universidade de Linköping foi um dos primeiros a desenvolver transistores eletroquímicos orgânicos baseados em polímeros de chumbo do tipo n, que são materiais que podem produzir cargas negativas. Isso possibilitou a criação de circuitos eletroquímicos orgânicos complementares para impressão. Desde então, o grupo vem trabalhando na otimização desses 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 projetar células nervosas artificiais.

Em um neurônio artificial recém-desenvolvido, os íons são usados para controlar o fluxo de corrente de elétrons através de um polímero de chumbo tipo n, resultando em picos de tensão no dispositivo. Esse processo é semelhante ao que ocorre nas células nervosas biológicas. O material único na célula nervosa artificial também permite que a corrente aumente e diminua em uma curva de sino quase perfeita, reminiscente da ativação e inativação dos canais de íons de sódio encontrados na biologia.

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

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

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