p Pesquisadores do Instituto de Física Geral da Academia Russa de Ciências, o Instituto de Química Bioorgânica da Academia Russa de Ciências e o MIPT deram um passo importante para a criação de nanorrobôs médicos. Eles descobriram uma maneira de permitir que nano e micropartículas produzam cálculos lógicos usando uma variedade de reações bioquímicas. p Detalhes de seu projeto de pesquisa são fornecidos no jornal Nature Nanotechnology . É a primeira publicação experimental de uma equipe exclusivamente russa em uma das revistas científicas mais citadas em muitos anos.

p O artigo baseia-se na ideia de computação usando biomoléculas. Em circuitos eletrônicos, por exemplo, conectivos lógicos usam corrente ou voltagem (se houver voltagem, o resultado é 1, se não houver nenhum, é 0). Em sistemas bioquímicos, o resultado pode ser uma determinada substância.

p Por exemplo, as modernas técnicas de bioengenharia permitem iluminar uma célula com diferentes cores ou mesmo programá-la para morrer, ligando o início da apoptose ao resultado de operações binárias.

p Muitos cientistas acreditam que as operações lógicas dentro das células ou em sistemas biomoleculares artificiais são uma forma de controlar os processos biológicos e criar micro e nano robôs completos, que pode, por exemplo, entregar medicamentos dentro do prazo para os tecidos onde são necessários.

p Cálculos usando biomoléculas dentro das células, a.k.a. biocomputação, são um ramo da ciência muito promissor e em rápido desenvolvimento, de acordo com o principal autor do estudo, Maxim Nikitin, graduado em 2010 pelo Departamento de Física Biológica e Médica do MIPT. A biocomputação usa mecanismos celulares naturais. É muito mais difícil, Contudo, fazer cálculos fora das células, onde não existem estruturas naturais que possam ajudar a realizar os cálculos. O novo estudo enfoca especificamente a biocomputação extracelular.

p O estudo abre caminho para uma série de tecnologias biomédicas e difere significativamente de trabalhos anteriores em biocomputação, que se concentram na parte externa e interna das células. Cientistas de todo o mundo têm pesquisado operações binárias no DNA, RNA e proteínas há mais de uma década, mas Maxim Nikitin foi o primeiro a propor e confirmar experimentalmente uma maneira de implementar todas as operações lógicas usando nano e micropartículas, o que é importante não apenas para a computação como tal, mas também para controlar o comportamento biomédico das nanopartículas. No futuro, isso permitirá a ligação seletiva a uma célula-alvo e a criação de uma nova plataforma para analisar sangue e outros materiais biológicos.

p O prefixo "nano" neste caso não é um modismo ou uma mera formalidade. Uma diminuição no tamanho das partículas às vezes leva a mudanças drásticas nas propriedades físicas e químicas de uma substância. Quanto menor o tamanho, quanto maior a reatividade; partículas semicondutoras muito pequenas, por exemplo, pode produzir luz fluorescente. O novo projeto de pesquisa utilizou nanopartículas (ou seja, partículas de 100 nm) e micropartículas (3000 nm ou 3 micrômetros).

p As nanopartículas foram revestidas com uma camada especial, que "se desintegrou" de diferentes maneiras quando exposto a diferentes combinações de sinais. Um sinal aqui é a interação de nanopartículas com uma substância específica. Por exemplo, para implementar a operação lógica "E" uma nanopartícula esférica foi revestida com uma camada de moléculas, que continha uma camada de esferas de menor diâmetro ao seu redor. As moléculas que prendem a camada externa eram de dois tipos, cada tipo reagindo apenas a um determinado sinal; quando em contato com duas substâncias diferentes, pequenas esferas se separam da superfície de uma nanopartícula de diâmetro maior. A remoção da camada externa expôs as partes ativas da partícula interna, e então foi capaz de interagir com seu alvo. Assim, a equipe obteve um sinal em resposta a dois sinais.

p Para nanopartículas de ligação, os pesquisadores selecionaram anticorpos. Isso também distingue seu projeto de uma série de estudos anteriores em biocomputação, que usava DNA ou RNA para operações lógicas. Essas proteínas naturais do sistema imunológico têm uma pequena região ativa, que responde apenas a certas moléculas; o corpo usa a alta seletividade de anticorpos para reconhecer e neutralizar bactérias e outros patógenos.

p Certificando-se de que a combinação de diferentes tipos de nanopartículas e anticorpos torna possível implementar vários tipos de operações lógicas, os pesquisadores mostraram que as células cancerosas também podem ser alvejadas especificamente. A equipe obteve não apenas nanopartículas que podem se ligar a certos tipos de células, mas as partículas que procuram células-alvo quando as duas condições diferentes são atendidas, ou quando duas moléculas diferentes estão presentes ou ausentes. Esse controle adicional pode ser útil para uma destruição mais precisa das células cancerosas, com impacto mínimo nos tecidos e órgãos saudáveis.

p Maxim Nikitin disse que embora este seja apenas um passo importante para a criação de nanobiorobots eficientes, esta área da ciência é muito interessante e abre grandes perspectivas para pesquisas futuras, se fizermos uma analogia entre os primeiros trabalhos na criação de nanobiocomputadores e a criação dos primeiros diodos e transistores, que resultou no rápido desenvolvimento da tecnologia de computador.