Lagarta do tabaco, ou seja, lagarta do ínstar final da mariposa esfinge Carolina. Crédito:Konstantin Kornev O sangue é um material notável:deve permanecer fluido dentro dos vasos sanguíneos, mas coagular o mais rápido possível fora deles, para parar o sangramento. A cascata química que torna isso possível é bem compreendida no sangue de vertebrados. Mas a hemolinfa, o equivalente ao sangue nos insectos, tem uma composição muito diferente, sendo notavelmente desprovida de glóbulos vermelhos, hemoglobina e plaquetas, e tendo células semelhantes a amebas chamadas hemócitos em vez de glóbulos brancos para defesa imunitária.
Assim como o sangue, a hemolinfa coagula rapidamente fora do corpo. Como isso acontece há muito tempo é um enigma. Agora, cientistas de materiais mostraram em Frontiers in Soft Matter como esse feito é conseguido pelas lagartas da mariposa esfinge Carolina. Esta descoberta tem aplicações potenciais para a medicina humana, disseram os autores.
"Aqui mostramos que essas lagartas, chamadas lagartas do tabaco, podem selar as feridas em um minuto. Elas fazem isso em duas etapas:primeiro, em alguns segundos, sua hemolinfa fina e aquosa torna-se 'viscoelástica' ou viscosa, e o a hemolinfa gotejante retrai-se de volta para a ferida", disse o autor sênior Dr. Konstantin Kornev, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Clemson.
"Em seguida, os hemócitos se agregam, começando na superfície da ferida e subindo para envolver o filme de hemolinfa que eventualmente se torna uma crosta que sela a ferida."
Desafiador para estudar
Os vermes do tabaco totalmente crescidos, prontos para a pupa, têm entre 7,5 cm e 10 cm de comprimento. Eles contêm apenas uma pequena quantidade de hemolinfa, que normalmente coagula em segundos, o que dificulta o estudo com métodos convencionais.
Por estas razões, Kornev e colegas tiveram que desenvolver novas técnicas para o presente estudo e trabalhar rapidamente. Mesmo assim, a taxa de falha nas manipulações mais complicadas foi enorme (até 95%), exigindo muitas tentativas.
Eles prenderam vermes individuais em uma manga de plástico e fizeram um leve ferimento em uma das pseudopernas de cada lagarta através de uma janela na manga. Eles então tocaram a hemolinfa gotejante com uma bola de metal, que foi puxada, criando uma “ponte” de hemolinfa (cerca de dois milímetros de comprimento e centenas de micrômetros de largura) que posteriormente se estreitou e quebrou, produzindo gotículas satélites. Kornev e sua equipe filmaram esses eventos com uma câmera de alta taxa de quadros e lentes macro, para estudá-los em detalhes.
Lagarta do tabaco, ou seja, lagarta do ínstar final da mariposa esfinge Carolina. Crédito:Konstantin Kornev
Mudança instantânea nas propriedades
Essas observações sugeriram que durante os primeiros aproximadamente cinco segundos após o início do fluxo, a hemolinfa se comportou de maneira semelhante à água:em termos técnicos, como um líquido newtoniano de baixa viscosidade. Mas nos 10 segundos seguintes, a hemolinfa sofreu uma mudança marcante:agora não se rompeu instantaneamente, mas formou uma longa ponte atrás da gota que caía. Normalmente, o sangramento parou completamente após 60 a 90 segundos, após a formação de uma crosta sobre a ferida.
Kornev e colegas estudaram ainda mais as propriedades de fluxo da hemolinfa, colocando um nanobastão de níquel de 10 micrômetros de comprimento em uma gota de hemolinfa fresca. Quando um campo magnético rotativo fez com que o nanobastão girasse, seu atraso em relação ao magnetismo deu uma estimativa da capacidade da hemolinfa de reter o bastão através da viscosidade.
Eles concluíram que segundos depois de deixar o corpo, a hemolinfa da lagarta muda de um fluido de baixa viscosidade para um fluido viscoelástico.
“Um bom exemplo de fluido viscoelástico é a saliva”, disse Kornev. "Quando você espalha uma gota entre os dedos, ela se comporta como água:os cientistas de materiais dirão que é puramente viscosa. Mas graças às moléculas muito grandes chamadas mucinas, a saliva forma uma ponte quando você separa os dedos. Portanto, é corretamente chamado viscoelástico:viscoso quando você corta e elástico quando você estica."
Os cientistas usaram ainda contraste óptico de fase e microscopia polarizada, imagens de raios X e modelagem de ciência de materiais para estudar os processos celulares pelos quais os hemócitos se agregam para formar uma crosta sobre uma ferida. Eles fizeram isso não apenas com as mariposas esfinge da Carolina e suas lagartas, mas também com outras 18 espécies de insetos.
Os hemócitos são fundamentais
Os resultados mostraram que a hemolinfa de todas as espécies estudadas reagiu de forma semelhante ao cisalhamento. Mas sua reação ao estiramento diferia drasticamente entre a hemolinfa rica em hemócitos de lagartas e baratas, por um lado, e a hemolinfa pobre em hemócitos de borboletas e mariposas adultas, por outro:gotículas esticadas para formar pontes para as duas primeiras, mas imediatamente quebrou para o último.
“Transformar a hemolinfa em um fluido viscoelástico parece ajudar lagartas e baratas a estancar qualquer sangramento, ao retrair as gotículas de volta para a ferida em poucos segundos”, disse Kornev.
"Concluímos que sua hemolinfa tem uma capacidade extraordinária de alterar instantaneamente as propriedades de seus materiais. Ao contrário dos insetos produtores de seda e das aranhas, que possuem um órgão especial para produzir fibras, esses insetos podem produzir filamentos de hemolinfa em qualquer local após serem feridos."
Os cientistas concluíram que os hemócitos desempenham um papel fundamental em todos estes processos. Mas ainda não se sabe por que lagartas e baratas precisam de mais hemócitos do que borboletas e mariposas adultas.
"Nossas descobertas abrem a porta para o projeto de espessantes de sangue humano de ação rápida. Não precisamos necessariamente copiar a bioquímica exata, mas devemos nos concentrar no projeto de medicamentos que possam transformar o sangue em um material viscoelástico que pare o sangramento. Esperamos que nossas descobertas ajudem. ajudar a realizar esta tarefa num futuro próximo", disse Kornev.
