p O óxido nítrico é uma molécula sinalizadora importante no corpo, com um papel na construção de conexões do sistema nervoso que contribuem para o aprendizado e a memória. Ele também funciona como um mensageiro nos sistemas cardiovascular e imunológico. p Mas tem sido difícil para os pesquisadores estudar exatamente qual é o seu papel nesses sistemas e como ele funciona. Porque é um gás, não houve uma maneira prática de direcioná-lo para células individuais específicas a fim de observar seus efeitos. Agora, uma equipe de cientistas e engenheiros do MIT e de outros lugares encontrou uma maneira de gerar o gás em locais precisamente direcionados dentro do corpo, potencialmente abrindo novas linhas de pesquisa sobre os efeitos dessa molécula essencial.

p Os resultados são relatados no jornal Nature Nanotechnology , em um artigo dos professores do MIT, Polina Anikeeva, Karthish Manthiram, e Yoel Fink; o estudante de graduação Jimin Park; pós-doutorado Kyoungsuk Jin; e 10 outros no MIT e em Taiwan, Japão, e Israel.

p "É um composto muito importante, "Anikeeva diz. Mas descobrir as relações entre a entrega de óxido nítrico para células específicas e sinapses, e os efeitos de nível superior resultantes no processo de aprendizagem têm sido difíceis. Até aqui, a maioria dos estudos tem recorrido à análise de efeitos sistêmicos, eliminando genes responsáveis ​​pela produção de enzimas que o corpo usa para produzir óxido nítrico, onde ele é necessário como mensageiro.

p Mas essa abordagem, ela diz, é "força muito bruta. Isso é um martelo para o sistema porque você o está derrubando não apenas em uma região específica, digamos no cérebro, mas você essencialmente tira-o de todo o organismo, e isso pode ter outros efeitos colaterais. "

p Outros tentaram introduzir compostos no corpo que liberam óxido nítrico à medida que se decompõem, que pode produzir efeitos um pouco mais localizados, mas estes ainda se espalham, e é um processo muito lento e descontrolado.

p A solução da equipe usa uma voltagem elétrica para impulsionar a reação que produz o óxido nítrico. Isso é semelhante ao que está acontecendo em uma escala muito maior com alguns processos de produção eletroquímica industrial, que são relativamente modulares e controláveis, permitindo a síntese química local e sob demanda. "Pegamos esse conceito e dissemos:Você sabe o que? Você pode ser tão local e modular com um processo eletroquímico que pode até mesmo fazer isso no nível da célula, "Manthiram diz." E acho que o que é ainda mais emocionante sobre isso é que, se você usar o potencial elétrico, você tem a capacidade de iniciar e interromper a produção em um piscar de olhos. "

p A principal conquista da equipe foi encontrar uma maneira de operar esse tipo de reação eletroquimicamente controlada de forma eficiente e seletiva em nanoescala. Isso exigia encontrar um material catalisador adequado que pudesse gerar óxido nítrico a partir de um material precursor benigno. Eles descobriram que o nitrito ofereceu um precursor promissor para a geração eletroquímica de óxido nítrico.

p "Tivemos a ideia de fazer uma nanopartícula sob medida para catalisar a reação, "Jin diz. Eles descobriram que as enzimas que catalisam a geração de óxido nítrico na natureza contêm centros de ferro-enxofre. Inspirando-se nessas enzimas, eles criaram um catalisador que consistia em nanopartículas de sulfeto de ferro, que ativa a reação de produção de óxido nítrico na presença de um campo elétrico e nitrito. Ao dopar ainda mais essas nanopartículas com platina, a equipe conseguiu aumentar sua eficiência eletrocatalítica.

p Para miniaturizar a célula eletrocatalítica à escala das células biológicas, a equipe criou fibras personalizadas contendo os microeletrodos positivos e negativos, que são revestidos com as nanopartículas de sulfeto de ferro, e um canal microfluídico para a entrega de nitrito de sódio, o material precursor. Quando implantado no cérebro, essas fibras direcionam o precursor para os neurônios específicos. Então, a reação pode ser ativada à vontade eletroquimicamente, através dos eletrodos na mesma fibra, produzindo uma explosão instantânea de óxido nítrico bem naquele local para que seus efeitos possam ser registrados em tempo real.

p Como um teste, eles usaram o sistema em um modelo de roedor para ativar uma região do cérebro que é conhecida por ser um centro de recompensa para motivação e interação social, e isso desempenha um papel no vício. Eles mostraram que realmente provocou as respostas de sinalização esperadas, demonstrando sua eficácia.

p Anikeeva diz que isso "seria uma plataforma de pesquisa biológica muito útil, porque finalmente, as pessoas terão uma maneira de estudar o papel do óxido nítrico no nível de células individuais, em organismos inteiros que estão realizando tarefas. "Ela aponta que existem certos distúrbios que estão associados a interrupções na via de sinalização do óxido nítrico, portanto, estudos mais detalhados de como essa via funciona podem ajudar a conduzir a tratamentos.

p O método pode ser generalizável, Park diz, como forma de produzir outras moléculas de interesse biológico dentro de um organismo. "Essencialmente, agora podemos ter essa maneira realmente escalonável e miniaturizada de gerar muitas moléculas, contanto que encontremos o catalisador apropriado, e desde que encontremos um composto inicial apropriado que também seja seguro. "Esta abordagem para gerar moléculas de sinalização in situ pode ter amplas aplicações em biomedicina, ele diz.

p "Um dos nossos revisores deste manuscrito apontou que isso nunca foi feito - a eletrólise em um sistema biológico nunca foi aproveitada para controlar a função biológica, "Anikeeva diz." Então, este é essencialmente o início de um campo que poderia ser potencialmente muito útil "para estudar moléculas que podem ser entregues em locais e tempos precisos, para estudos em neurobiologia ou quaisquer outras funções biológicas. Essa capacidade de fazer moléculas sob demanda dentro do corpo pode ser útil em campos como a imunologia ou a pesquisa do câncer, ela diz.

p O projeto começou como resultado de uma conversa casual entre Park e Jin, que eram amigos que trabalhavam em diferentes áreas - neurobiologia e eletroquímica. Suas discussões casuais iniciais acabaram levando a uma colaboração completa entre vários departamentos. Mas no mundo fechado de hoje, Jin diz, tais encontros casuais e conversas tornaram-se menos prováveis. "No contexto de quanto o mundo mudou, se isso fosse nesta era em que estamos todos separados uns dos outros, e não em 2018, há alguma chance de que essa colaboração nunca tenha acontecido. "