Daniel Sheanan Colmenero Lin
27 de mai. de 2023
Aplicável no manejo de células cardíacas e cerebrais, na maturação e uso de células-tronco, na restauração da visão, bem como marca-passo ótico
Savchenko et al. (2018) desenvolveram uma plataforma pioneira de estimulação óptica que utiliza biointerfaces baseadas em grafeno (G-biointerfaces) para estimulação não invasiva de células que não requer modificação genética de células (Fig. 1a). Cardiomiócitos foram cultivados em substratos de grafeno revestido por várias semanas (fig. 1b), e sua interface foi avaliada utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de luz e Eletrofisiologia.
Elétrons ejetados (com um caminho livre médio de até 1 mm) deslocam cátions próximos à interface grafeno/membrana celular devido a este acoplamento capacitivo, resultando em despolarização da membrana (fig. 2d). A cinética deste processo é controlada pela luz e determinada pela vida útil de femtossegundos de elétrons fotogerados. Porque não há acúmulo de elétrons, espera-se iluminação luminosa para produzir despolarização rápida e reversível em estado estacionário.
A eficiência da estimulação via G-biointerfaces é independente do comprimento de onda da luz (Fig. 3a), mas pode ser sintonizada alterando a intensidade da luz (Fig. 3e).
Os autores demonstram o uso de biointerfaces G para estimulação óptica de cardiomiócitos in vitro e in vivo, bem como para avaliação óptica dos efeitos de drogas dependentes do uso in vitro. Através do método, foi possível controlar o ritmo dos batimentos cardíacos através da luz usando biointerfaces de rGO dispersíveis. Neste caso, embriões de paulistinha foram injetados com rGO na veia cardinal e sua atividade cardíaca foi modulada opticamente (Fig. 4c, e) aproveitando a capacidade de transdução do grafeno de transformar luz em eletricidade. A biocompatibilidade das G-biointerfaces foi demonstrada, uma vez que embriões injetados com rGO desenvolveram-se normalmente sem efeitos prejudiciais óbvios.
A estimulação óptica via G-biointerfaces pode tornar-se uma tecnologia disruptiva de última geração com uma gama muito ampla de aplicações biomédicas inovadoras, incluindo (i) capacitação in vitro estudos de processos dependentes de atividade e voltagem no cérebro e coração e, eventualmente, auxiliando no diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas e distúrbios cardiovasculares; (ii) permitir a dependência da actividade produção de células-tronco mais maduras; (iii) reforço do Previsibilidade de modelos teciduais projetados in vitro para a descoberta de fármacos e cardiotoxicidade; (iv) melhorar os resultados da integração funcional de células-tronco derivadas em tecidos danificados; (v) restauração da visão; e (vi) combate às arritmias cardíacas atuando como marca-passos ópticos.
G-biointerfaces correspondem a nano-dispositivos biológicos imaginados como parte da Internet das Bio-Nanocoisas (IoBNT) para serem utilizados no monitoramento remoto de biomedicina aplicada. Já é sabido que nano-folhas de grafeno têm sido amplamente empregadas nos programas de vacinação em massa. A integração com a implantação do sistema de nanoroteadores tornaria possível o monitoramento remoto via radiofrequência direcionada através de protocolos específicos para cada usuário de nanocoisas.
Referências:
Alex Savchenko et al. Graphene biointerfaces for optical stimulation of cells. Sci. adv. 4 eaat0351(2018). DOI: 10.1126/sciadv.aat0351