Chip que se conecta a neurônios

Engenheiros do instituto de microeletrônica IMEC, da Bélgica, criaram um microchip formado por uma série de pilares nanométricos que permite a conexão direta entre células vivas e dispositivos eletrônicos.

Como pode ser fabricado em escala industrial, o chip deverá auxiliar nas pesquisas da eletrofisiologia, o campo que estuda as propriedades elétricas das células e dos tecidos biológicos, e que inclui desde estudos que buscam o entendimento do funcionamento do cérebro até as pesquisas de tratamentos para doenças como os males de Parkinson e Alzheimer.

Ciência básica e tecnologia

No âmbito das ciências, as pesquisas da eletrofisiologia buscam compreender sobretudo o funcionamento dos cardiomiócitos, as células do coração, e dos neurônios, as células cerebrais.

Pelo lado da tecnologia, as pesquisas voltam-se principalmente para encontrar formas de conectar circuitos eletrônicos a tecidos vivos, o que poderá permitir a construção de implantes e próteses mais avançados e, eventualmente, permitir o controle de partes do corpo cujos movimentos tenham sido perdidos por acidentes ou doenças.

Mas o inverso também é verdadeiro – outra opção tecnológica é o controle de robôs utilizando neurônios ou mesmo células do coração, duas possibilidades já demonstradas em condições de laboratório.

Temporização e precisão

Outras pesquisas já exploraram diversas alternativas para a conexão entre células biológicas e circuitos eletrônicos, incluindo um neurochip e membranas de nanotubos de carbono.

A vantagem do novo chip criado pelos pesquisadores belgas é que ele possui estruturas que servem simultaneamente de substrato para as células vivas e de ponto de contato elétrico entre as diversas células e entre as células e o restante do circuito eletrônico.

Cada nanopilar do chip é um eletrodo, capaz de captar ou disparar impulsos elétricos em tempo real. As dimensões nanoscópicas dos eletrodos – que podem ser menores do que as próprias células – viabilizam a leitura e registro, assim como o disparo dos impulsos elétricos, de forma absolutamente precisa e seletiva, tanto em termos de posição quanto de temporização.

Chip de conexão bioeletrônica

Os nanoeletrodos são construídos em metal e revestidos com uma camada de óxido isolante, mantendo-se uma ponta condutora, que pode ser de ouro ou de nitreto de titânio. Quando as células eletrogênicas – os cardiomiócitos, do coração, ou os neurônios, do cérebro – são postas sobre a superfície do chip, suas membranas externas “abraçam” os nanopilares, garantindo um excelente contato elétrico.

O maior desafio para viabilizar a construção do chip de conexão bioeletrônica foi manter as células vivas. Para isto, a parte superior do chip é mantida imersa em uma solução com nutrientes, totalmente isolada da parte inferior, onde são feitos os contatos com a placa de circuito impresso e com o restante do dispositivo eletrônico de controle.

Outro elemento importante do sucesso da pesquisa foi o desenvolvimento de uma técnica para garantir que cada célula cresça de tal forma que seu corpo entre em contato com um único eletrodo, para garantir a precisão das leituras e dos controles.