p Pesquisadores da EPFL e da Universidade de Berna desenvolveram um método inovador para estudar os sinais elétricos das células do músculo cardíaco. A tecnologia tem inúmeras aplicações potenciais em pesquisa básica e aplicada - como o aprimoramento da busca de mecanismos subjacentes às arritmias cardíacas. p As células são as menores unidades vivas do corpo humano. As células excitáveis, como neurônios e células do músculo cardíaco - cardiomiócitos - usam sinais elétricos, os chamados potenciais de ação, para se comunicarem uns com os outros. Os cientistas estudam esses sinais subjacentes às funções normais do cérebro e do coração usando eletrodos colocados fora ou dentro da membrana celular, métodos conhecidos como registro extracelular e intracelular.

p Pesquisadores do Laboratório 4 de Microsistemas da EPFL (LMIS4), liderado por Philippe Renaud, e o Laboratório de Óptica Celular II da Universidade de Berna, liderado por Stephan Rohr, se uniram para desenvolver um novo microeletrodo que penetra na membrana celular sem ajuda e, quando colocado em uma matriz, permite que os cientistas acompanhem a atividade elétrica à medida que ela se espalha pelos tecidos. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas em Nano Letras .

p Tecnologia de ponta

p Embora os sistemas de registro da atividade elétrica celular tenham evoluído significativamente ao longo dos anos, eles ainda têm limitações. Matrizes de multieletrodos extracelulares não invasivos que usam eletrodos colocados fora dos sinais de relatório de membrana que estão apenas indiretamente relacionados aos potenciais de ação. Eles dizem aos cientistas pouco sobre a forma real do potencial de ação - um aumento transitório no potencial de membrana das células - que faz com que o coração bata, por exemplo.

p Como os potenciais de ação celular foram medidos pela primeira vez por Silvio Weidmann, do Departamento de Fisiologia da Universidade de Berna, há sete décadas, os cientistas têm medido esses sinais obtendo acesso intracelular com microeletrodos. Esses eletrodos podem ser empalados nas células, ou eles podem ser colocados na membrana celular, após o que a membrana é aberta sob a boca do eletrodo. Isso pode ser feito mecanicamente ou por eletroporação - a aplicação de pulsos de alta tensão ao eletrodo. A última técnica foi usada recentemente para obter acesso intracelular por eletrodos nanoestruturados em forma de cogumelos microscópicos, por exemplo. Contudo, esta metodologia não é ideal porque a interface entre a membrana celular e a nanoestrutura é instável, deixando apenas uma breve janela - normalmente alguns segundos ou minutos no máximo - para os cientistas registrarem os potenciais de ação das células.

p Inspirado pela natureza

p A equipe da EPFL e da Universidade de Berna pegou os melhores recursos das tecnologias existentes e criou um projeto engenhoso em forma de vulcão para contornar esse problema. "Ao retrabalhar a geometria e os materiais, desenvolvemos um eletrodo que penetra na membrana celular sem ajuda, eliminando assim a necessidade de eletroporação, "diz Benoît Desbiolles, assistente de doutorado em LMIS4 e autor principal da publicação. "Também nos baseamos em pesquisas anteriores de nosso laboratório, o que mostra que a simulação da membrana celular estabiliza a interface célula-eletrodo. "

p O novo tipo de eletrodo, cunhado como um nanovulcão, consiste em três partes. O primeiro é a borda da cratera. Consiste em um anel de ouro com o mesmo tamanho e revestido com as mesmas biomoléculas que a própria membrana celular. Dentro da cratera está um eletrodo de platina usado para captar os sinais elétricos. O exterior é rodeado por vidros isolantes. "Assim que você coloca uma célula na estrutura e ela começa a se acomodar, as bordas afiadas perfuram a membrana e o eletrodo penetra na célula, "explica Desbiolles." Em vez de reformar, a membrana se ancora ao anel de ouro, criando as condições ideais para registrar a atividade elétrica da célula. "

p Aplicativos promissores

p Usando matrizes de nanovulcões, os cientistas podem medir potenciais de ação em vários locais em uma cultura de células simultaneamente, fornecendo uma riqueza de insights sobre como as células do músculo cardíaco interagem no espaço.

p "Para eletrofisiologistas como eu, esta tecnologia é a realização de um sonho, "diz Stephan Rohr, co-autor da publicação. "Além de medir o potencial de ação de células individuais, agora podemos estudar como os potenciais de ação propagadores mudam sua forma dependendo da estrutura do tecido e das condições patológicas. Esse conhecimento é vital para uma compreensão mais profunda dos mecanismos que levam a arritmias cardíacas potencialmente fatais. "

p Nanovulcões têm aplicações potenciais muito além da eletrofisiologia cardíaca. "Além de seu design inovador, nosso eletrodo também é extremamente fácil de fazer, "explica Desbiolles. Atualmente, estão sendo feitos testes para ver se funciona igualmente bem com neurônios e outros tipos de células excitáveis. De acordo com o jovem pesquisador, o design é uma promessa para outras disciplinas científicas, também:"Nanovulcões abrem uma porta para a célula. É concebível que você execute eletroquímica lá dentro." A tecnologia também pode atrair a indústria farmacêutica, permitindo que os cientistas testem como as células reagem às drogas e, a longo prazo, desenvolver terapias direcionadas.