Um dos maiores desafios nas neurociências cognitivas ou de reabilitação é a capacidade de projetar um sistema híbrido funcional que pode conectar e trocar informações entre sistemas biológicos, como neurônios no cérebro, e dispositivos eletrônicos feitos pelo homem. Um grande esforço multidisciplinar de pesquisadores na Itália reuniu físicos, químicos, bioquímicos, engenheiros, biólogos moleculares e fisiologistas para analisar a biocompatibilidade do substrato usado para conectar esses componentes biológicos e feitos pelo homem, e investigar a funcionalidade das células aderentes, criando um sistema biohíbrido vivo.

Em um artigo publicado esta semana em AIP Advances , a equipe de pesquisa usou a interação entre luz e matéria para investigar as propriedades do material em nível molecular usando espectroscopia Raman, uma técnica que, até agora, tem sido principalmente aplicada à ciência dos materiais. Graças ao acoplamento do espectrômetro Raman com um microscópio, a espectroscopia torna-se uma ferramenta útil para investigar micro-objetos como células e tecidos. A espectroscopia Raman apresenta vantagens claras para este tipo de investigação:A composição molecular e a modificação dos compartimentos subcelulares podem ser obtidas em condições livres de marcadores com métodos não invasivos e em condições fisiológicas, permitindo a investigação de uma grande variedade de processos biológicos in vitro e in vivo.

Uma vez que a biocompatibilidade do substrato foi analisada e a funcionalidade das células aderentes investigada, a próxima parte deste quebra-cabeça é conectar com o componente eletrônico. Neste caso, um memristor foi usado.

“Seu nome revela sua peculiaridade (RESISTOR DE MEMÓRIA), tem uma espécie de "memória":dependendo da quantidade de voltagem que lhe foi aplicada no passado, é capaz de variar sua resistência, por causa de uma mudança em suas propriedades físicas microscópicas, "disse Silvia Caponi, um físico do Conselho Nacional de Pesquisa Italiano em Roma. Ao combinar memristores, é possível criar caminhos dentro dos circuitos elétricos que funcionam de forma semelhante às sinapses naturais, que desenvolvem peso variável em suas conexões para reproduzir o mecanismo adaptativo / aprendizado. Camadas de polímeros orgânicos, como a polianilina (PANI), um polímero semicondutor, também têm propriedades memristivas, permitindo que trabalhem diretamente com materiais biológicos em um sistema bioeletrônico híbrido.

"Aplicamos a análise em um dispositivo híbrido bioinspirado, mas em uma visão prospectiva, este trabalho fornece a prova de conceito de um estudo integrado capaz de analisar o estado de células vivas em uma grande variedade de aplicações que mesclam nanociências, neurociências e bioeletrônica, ", disse Caponi. Um objetivo natural de longo prazo desse trabalho seria fazer a interface das máquinas e dos sistemas nervosos da maneira mais perfeita possível.

A equipe multidisciplinar está pronta para construir nesta prova de princípio para realizar o potencial das redes de memristor.

"Uma vez garantida a biocompatibilidade dos materiais nos quais os neurônios crescem, "disse Caponi, "queremos definir os materiais e seus procedimentos de funcionalização para encontrar a melhor configuração para a interface neurônio-memristor para entregar um sistema bio-memristivo híbrido totalmente funcional."