Nos últimos cinco anos, O químico Bozhi Tian, ​​da Universidade de Chicago, está descobrindo como controlar a biologia com a luz.

Uma meta científica de longo prazo são dispositivos que sirvam como interface entre o pesquisador e o corpo - tanto como uma forma de entender como as células falam entre si e dentro de si, e eventualmente, como tratamento para distúrbios cerebrais ou do sistema nervoso, estimulando os nervos a dispararem ou os membros a se moverem. Silício - um versátil, material biocompatível usado em painéis solares e implantes cirúrgicos - é uma escolha natural.

Em um artigo publicado em 30 de abril em Nature Biomedical Engineering , A equipe de Tian estabeleceu um sistema de princípios de design para trabalhar com silício para controlar a biologia em três níveis - de organelas individuais no interior das células aos tecidos e membros inteiros. O grupo demonstrou cada um em células ou modelos de camundongos, incluindo a primeira vez que alguém usou luz para controlar o comportamento sem modificação genética.

"Queremos que isso sirva como um mapa, onde você pode decidir qual problema gostaria de estudar e encontrar imediatamente o material e o método corretos para resolvê-lo, "disse Tian, professor assistente do Departamento de Química.

O mapa dos cientistas apresenta os melhores métodos para criar dispositivos de silício, dependendo da tarefa pretendida e da escala - variando de dentro de uma célula a um animal inteiro.

Por exemplo, para afetar as células cerebrais individuais, o silício pode ser criado para responder à luz, emitindo uma pequena corrente iônica, o que estimula os neurônios a disparar. Mas, para estimular os membros, os cientistas precisam de um sistema cujos sinais possam viajar mais longe e sejam mais fortes - como um material de silício revestido de ouro no qual a luz desencadeia uma reação química.

As propriedades mecânicas do implante são importantes, também. Digamos que os pesquisadores gostariam de trabalhar com uma parte maior do cérebro, como o córtex, para controlar o movimento do motor. O cérebro é macio, substância mole, então eles vão precisar de um material que seja igualmente macio e flexível, mas pode se ligar firmemente à superfície. Eles querem silicone fino e rendado, dizem os princípios de design.

A equipe favorece esse método porque não requer modificação genética ou uma fonte de alimentação conectada, já que o silício pode ser transformado no que são essencialmente minúsculos painéis solares. (Muitas outras formas de monitorar ou interagir com o cérebro precisam ter uma fonte de alimentação, e manter um fio conectado a um paciente é um risco de infecção.)

Eles testaram o conceito em ratos e descobriram que podiam estimular os movimentos dos membros ao iluminar os implantes cerebrais. Pesquisas anteriores testaram o conceito em neurônios.

"Não temos respostas para uma série de questões intrínsecas sobre biologia, como se as mitocôndrias individuais se comunicam remotamente por meio de sinais bioelétricos, "disse Yuanwen Jiang, o primeiro autor do artigo, em seguida, um estudante de graduação na UChicago e agora um pesquisador de pós-doutorado em Stanford. "Este conjunto de ferramentas pode abordar essas questões, bem como apontar o caminho para soluções potenciais para distúrbios do sistema nervoso."