Cura de Tecidos Profundos Através de Ondas Sonoras em Tratamentos Impressos em 3D

Carta do Especialista, 15 de dezembro de 2023

 

A Carta do Especialista de hoje talvez seja um pouco mais difícil de entender, pelo menos num nível mais profundo… Foi mal aí! SQN!…

 

Afinal de contas ela demonstra o quanto as máquinas e os serem humanos estão se misturando: ultrassom curando tecidos profundos e conduzindo microveículos em formato de bolhas no cérebro para levar medicamentos; estruturas de concreto que se autorregeneram graças a sistemas de veias formados por bactérias; Sistema de Inteligência Artificial feito a partir de células humanas que reconhece a fala; Nanorobôs feitos de DNA que se autorreplicam; Síntese de Células Artificiais e Novo coração robótico.

 

Vamos embarcar comigo nesta nova jornada biotecnológica?

 

Bora lá?

 

Cura de Tecidos Profundos Através de Ondas Sonoras em Tratamentos Impressos em 3D 🖨️ 💪

Vivemos em uma Era de inovações constantes e uma delas vem diretamente dos laboratórios da Universidade de Duke e da Escola Médica de Harvard. Imagine uma tinta especial que, ao ser exposta a ondas de ultrassom, se transforma em estruturas biocompatíveis. Isso não é ficção científica, mas um avanço recente no campo da engenharia biomédica. 🧪🔬

 

Publicado em 7 de dezembro na revista Science, este estudo revela um método inovador de impressão 3D, chamado impressão acústica volumétrica de penetração profunda (DVAP). Ao contrário das técnicas tradicionais de impressão 3D, que dependem da luz e têm limitações de penetração em tecidos profundos, o DVAP utiliza ondas de ultrassom.

 

Essa nova técnica permite a criação de estruturas úteis na medicina a profundidades de tecido sem precedentes. Por exemplo, imagine a possibilidade de reparar válvulas cardíacas ou promover a cura óssea sem cirurgias invasivas. Isso abre portas para tratamentos menos agressivos e mais eficazes.

 

O DVAP usa uma “tinta sonora” (sono-ink), composta por hidrogéis, micropartículas e moléculas que reagem ao ultrassom. Esta tinta é injetada na área alvo e, em seguida, um dispositivo especial de impressão por ultrassom solidifica partes dela em estruturas complexas. Isso é feito sem danificar os tecidos circundantes, algo inatingível com métodos baseados em luz.

 

Os pesquisadores já realizaram testes promissores, como selar uma seção do coração de uma cabra e criar material compatível com osso em um modelo de perna de frango. Há também a possibilidade de entrega de medicamentos, como a liberação controlada de quimioterápicos em tecidos cancerígenos.

 

Embora esteja ainda em estágios iniciais, o DVAP representa um avanço significativo na impressão 3D e na medicina regenerativa. Trata-se de um exemplo claro de como a tecnologia pode revolucionar a medicina, oferecendo novas esperanças e possibilidades para pacientes ao redor do mundo. 🌍

 

Este estudo não apenas destaca o potencial do DVAP, mas também exemplifica a importância da inovação e pesquisa contínua. Em um mundo em rápida transformação, avanços como esse mostram que o futuro da medicina e da engenharia biomédica é tão emocionante quanto promissor. ✨🚀

 

https://pratt.duke.edu/news/soundwaves-harden-3d-printed-treatments-in-deep-tissues/

 

Técnicas de ultrassom conduzem pequenos veículos de entrega de drogas através do cérebro 🧠💊🔬

 

Outra aplicação disruptiva na medicina através da aplicação de Ultrassom: pesquisadores da ETH Zurich, em colaboração com a Universidade de Zurich e o Hospital Universitário de Zurich, realizaram um avanço significativo no campo da medicina e da nanotecnologia. Pela primeira vez, demonstraram como micro veículos podem ser guiados através dos vasos sanguíneos no cérebro de ratos usando ultrassom. Esta descoberta pode levar a tratamentos capazes de entregar medicamentos com precisão pontual. 🚀🔬

 

Tratar tumores cerebrais, hemorragias cerebrais e condições neurológicas e psicológicas com medicamentos é frequentemente desafiador. Mesmo quando drogas eficazes estão disponíveis, elas tendem a ter efeitos colaterais severos, pois circulam por todo o cérebro e não apenas na área que devem tratar. Nesse contexto, a possibilidade de fornecer uma abordagem mais direcionada, que entregue medicamentos em locais especificamente definidos, é uma grande esperança para os pesquisadores.

 

Para a realização desse feito, foram utilizados micro veículos feitos de microbolhas preenchidas com gás e revestidas com lipídios – as mesmas substâncias que compõem as membranas celulares biológicas. Estas microbolhas, com um diâmetro de 1,5 micrômetros e já utilizadas em imagens de ultrassom como material de contraste, mostraram-se capazes de serem guiadas através dos vasos sanguíneos. 🔍🧪

 

Uma vantagem do uso de ultrassom, em comparação com outras tecnologias de navegação como campos magnéticos, é que o ultrassom é seguro e penetra profundamente no corpo. Além disso, as microbolhas são biodegradáveis, dissolvendo-se no corpo após realizarem sua função, o que é uma vantagem em relação aos microveículos magnéticos, que são mais difíceis de desenvolver de forma biodegradável.

 

Os pesquisadores desenvolveram um método sofisticado para controlar o movimento dos microveículos, utilizando quatro pequenos transdutores fixados no exterior do crânio de cada rato. Estes dispositivos geram vibrações na faixa ultrassônica, que se propagam pelo cérebro em forma de ondas. Em certos pontos do cérebro, as ondas emitidas por dois ou mais transdutores podem amplificar-se mutuamente ou anular-se. Ajustando a saída de cada transdutor individualmente, os pesquisadores conseguem guiar as bolhas. A visualização em tempo real do movimento das bolhas foi realizada por meio de microscopia de dois fótons.

 

Neste estudo, as microbolhas não foram equipadas com medicamentos. O objetivo inicial era demonstrar que os micro veículos poderiam ser guiados ao longo dos vasos sanguíneos e que esta tecnologia é adequada para uso no cérebro. As aplicações médicas promissoras incluem o tratamento de câncer, acidente vascular cerebral e condições psicológicas. O próximo passo dos pesquisadores será anexar moléculas de medicamentos à parte externa do revestimento da bolha para transporte, com o objetivo de aprimorar o método para uso em humanos, esperando que um dia ele possa servir como base para o desenvolvimento de novos tratamentos.

 

https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/news/ultrasound-techniques-steers-tiny-drug-delivery-vehicles-through-the-brain-381873

 

 

Estruturas de Concreto que se autorregeram através de sistemas de veias formados por bactérias 🏗️🧱

 

Depois de conhecer duas aplicações disruptivas para tratar a saúde humana através de ultrassom, vamos explorar agora a revolucionária pesquisa da Universidade Drexel na área de materiais de construção, mas desta vez aplicando materiais biológicos para tratar objetos inanimados… Este estudo, notavelmente avançado, está transformando a maneira como entendemos o concreto – um material tão comum, mas essencial em nossa vida cotidiana. 🏢

 

A novidade? Imagine concreto capaz de reparar suas próprias rachaduras! Isso mesmo, um tipo de concreto autorregenerativo, inspirado em técnicas antigas, mas com uma abordagem moderna. Tradicionalmente, a resistência do concreto era fortalecida com fibras, como pelos de cavalo na argamassa. A Drexel, no entanto, está indo além, integrando bactérias reparadoras de concreto em um sistema de tecido vivo.

 

Esta inovação, publicada na revista “Construction and Building Materials”, apresenta a “BioFiber” da Drexel. Consiste em uma fibra de polímero envolta em um hidrogel, carregado de bactérias e protegido por uma capa especial. Quando danificado, este sistema inovador libera bactérias que reparam as rachaduras, prolongando significativamente a vida útil do concreto.

 

Amir Farnam, Ph.D., e líder da equipe de pesquisa, compara este processo ao mecanismo de cura da nossa pele. Aqui, vemos a fusão da engenharia com a natureza, onde bactérias formadoras de pedra criam um concreto autorregenerativo.

 

Além dos benefícios óbvios para a construção civil, esta tecnologia tem implicações ambientais profundas. A produção de concreto é responsável por cerca de 8% das emissões globais de gases de efeito estufa. Com uma vida útil mais longa, o concreto autorregenerativo pode reduzir significativamente essas emissões.

 

Drexel não está apenas inovando; está liderando uma jornada em busca de concreto mais sustentável e durável. Este projeto, parte de um esforço maior do Departamento de Defesa dos EUA, incorpora conhecimentos multidisciplinares de engenharia civil, biologia, química e ciência dos materiais.

 

O desenvolvimento das BioFibers foi inspirado na capacidade de autocura da pele e no papel do sistema vascular em organismos vivos. Utilizando bactérias robustas, encontradas no solo, os pesquisadores criaram um material semelhante a pedra que se ativa e repara rachaduras no concreto.

 

Esta pesquisa é um belo exemplo de colaboração interdisciplinar, unindo especialistas para criar algo maior do que a soma de suas partes. A habilidade de criar um composto de ingredientes biológicos, funcionando harmoniosamente em uma estrutura de concreto, é, sem dúvida, um feito notável.

 

Em resumo, a Universidade Drexel está não apenas moldando o futuro da construção civil, mas também contribuindo significativamente para a sustentabilidade ambiental. Um avanço empolgante que merece nossa atenção e aplausos. 👏 👏 👏

 

https://techxplore.com/news/2023-12-veins-bacteria-self-healing-concrete-infrastructure.html

 

 

IA feita a partir de células cerebrais humanas vivas realiza reconhecimento de fala 🧠🔬

 

Na Carta do Especialista de hoje, vou continuar misturando seres humanos e máquinas… Imagine um mundo onde computadores não são mais feitos de silício, mas de células cerebrais humanas. Parece mais um dos casos de ficção científica que costumo trazer toda semana? Não mais. Uma equipe de pesquisadores liderada por Feng Guo, da Universidade de Indiana Bloomington, está transformando essa ideia em realidade. Eles desenvolveram um sistema biocomputacional, um tipo de “Brainoware”, que emprega organoides cerebrais – pequenas esferas de células nervosas – para realizar tarefas de inteligência artificial. 🔬💻

 

Os organoides, que são como minicérebros, foram cultivados em condições específicas a partir de células-tronco. Fascinante, não é? Estes organoides foram então acoplados a um arranjo de microeletrodos, permitindo a comunicação com um computador. Este avanço promissor poderia revolucionar a maneira como pensamos sobre a computação, especialmente em termos de eficiência energética.

 

🗣️Recentemente, este sistema biocomputacional realizou um feito notável: aprendeu a reconhecer a voz de um indivíduo entre centenas de clipes de som. Inicialmente, sua precisão estava na faixa de 30 a 40%, mas, após algumas sessões de treinamento, subiu para impressionantes 70 a 80%. Este processo de aprendizado adaptativo, sem qualquer feedback externo, é uma forma de aprendizado não supervisionado, um marco significativo na pesquisa de IA.

 

No entanto, a estrada para a biocomputação ainda é longa e cheia de desafios. Um dos principais problemas é a durabilidade dos organoides, que atualmente só podem ser mantidos por um ou dois meses. Apesar disso, a equipe de Guo está confiante e trabalha para superar essas limitações.

 

A biocomputação não é apenas sobre fazer tarefas convencionais de IA de forma mais eficiente; é também sobre repensar as próprias fundações da computação. Enquanto a IA convencional luta com o alto consumo de energia e as limitações dos chips de silício, a biocomputação promete um caminho potencialmente mais sustentável e eficiente. ♻️💡

 

Em um campo onde a ética é tão crucial quanto a inovação, questiona-se: é ético usar minicérebros para tais propósitos? Além disso, especialistas como Titouan Parcollet, da Universidade de Cambridge, alertam sobre os perigos de presumir que precisamos imitar o cérebro humano para avançar na IA. Afinal, em algumas tarefas específicas, os modelos de deep learning atuais superam até mesmo o cérebro humano. 💭🤔

 

Em suma, estamos testemunhando os primeiros passos de uma jornada extraordinária na interseção da biologia e da tecnologia. O “Brainoware” pode não estar pronto para revolucionar a computação ainda, mas certamente está abrindo novos caminhos e questionamentos, tanto tecnológicos quanto éticos, para o futuro da IA.

 

https://www.newscientist.com/article/2407768-ai-made-from-living-human-brain-cells-performs-speech-recognition/

 

 

😮Nanobots de DNA podem se autorreplicar exponencialmente

 

Imagine máquinas em escala nanométrica, tão pequenas que são invisíveis a olho nu, mas com um potencial imenso para revolucionar a medicina e a tecnologia. Esta não é uma história de ficção científica, mas sim um relato real das mais recentes inovações no campo da nanotecnologia.

 

Pesquisadores, liderados por Feng Zhou da Universidade de Nova York, criaram nanorrobôs feitos inteiramente de DNA, medindo apenas 100 nanômetros. Estas máquinas minúsculas são capazes de se replicar exponencialmente, utilizando sua própria estrutura como molde para montar novas cópias de si mesmas, usando quatro fitas de DNA como matéria-prima. A ideia de usar o DNA, o material genético que forma a base de toda a vida na Terra, para construir máquinas pode parecer surpreendente, mas é uma realidade cada vez mais próxima. 🧬🤖🔬

 

A grande inovação aqui é a capacidade desses nanorrobôs de reprodução autônoma e rápida. Eles não são apenas uma estrutura passiva; são agentes ativos capazes de criar cópias de si mesmos, ampliando seu número de forma exponencial. Isso abre um leque de possibilidades para o futuro, especialmente na área da saúde.

 

Andrew Surman, do King’s College London, que não participou da pesquisa, destaca que esses nanorrobôs representam um avanço significativo na criação de máquinas a partir do DNA. Estas podem ser utilizadas para fabricar medicamentos ou outros produtos químicos dentro do corpo humano, ou até mesmo atuar como robôs ou computadores rudimentares. A capacidade de construir estruturas tridimensionais a partir do zero é um passo importante, superando as limitações dos métodos anteriores que envolviam dobrar formas bidimensionais em estruturas tridimensionais, um processo sujeito a erros.

 

Richard Handy, da Universidade de Plymouth, no Reino Unido, explica que as estruturas de DNA funcionam como um molde ou andaime sobre o qual outra nanoestrutura pode ser construída. Esse processo poderia ser adaptado para criar medicamentos ou outros produtos químicos. Por exemplo, em pessoas com deficiências genéticas que as impedem de produzir certas enzimas, esses nanorrobôs poderiam ser uma terapia inovadora, construindo a enzima necessária diretamente no tecido do paciente.

 

No entanto, Surman ressalta que a autorreplicação desses nanorrobôs tem limitações. São necessárias cadeias específicas de DNA como matéria-prima, além de determinadas moléculas orgânicas, nanovaretas de ouro e ciclos precisos de aquecimento, resfriamento e exposição à luz ultravioleta. A luz UV é usada para soldar permanentemente os novos nanorrobôs, e o aquecimento ajuda a separar a nova estrutura da estrutura original, permitindo que ambas comecem a construir outra cópia. Devido a esses requisitos, a reação não funcionaria fora de condições laboratoriais controladas, descartando cenários apocalípticos onde o processo se descontrola e consome todo o DNA disponível.

 

⚠️Embora o processo seja improvável de sair de controle, Handy adverte que não está completamente isento de riscos. Existem incertezas relacionadas ao dobramento de proteínas e às estruturas tridimensionais em células, e sempre há a possibilidade de que algo seja perdido. Portanto, enquanto esses nanorrobôs abrem portas para avanços incríveis, é crucial proceder com cautela e consideração ética. 🤔

 

https://www.newscientist.com/article/2406181-dna-nanobots-can-exponentially-self-replicate/

 

 

Avanço na síntese de células artificiais 🔬🧪💥

 

Em um estudo revolucionário publicado na “Nature Chemistry”, uma equipe internacional liderada pelo Dr. Andrea Belluati, Prof. Nico Bruns (ambos da TU Darmstadt) e Dr. Sètuhn Jimaja (Universidade de Fribourg) alcançou um avanço notável na síntese de células artificiais usando materiais sintéticos. Essas células, criadas por um processo chamado polimerização induzida por biocatálise auto-organizável (bioPISA), representam um avanço significativo no campo da biologia sintética.

 

🔬 Células artificiais são estruturas microscópicas que emulam as propriedades de células vivas. Elas se destacam como microreatores para melhorar reações químicas e para engenharia de sistemas moleculares, atuam como hospedeiros para vias de biologia sintética e são ferramentas importantes para estudar a origem da vida. A equipe desenvolveu uma síntese enzimática de microcápsulas poliméricas e as utilizou para encapsular o conteúdo solúvel (ou seja, o citosol) de células bacterianas, criando assim células artificiais capazes de produzir uma variedade de proteínas em seu interior, incluindo uma proteína fluorescente, a proteína estrutural actina para criar uma estrutura semelhante ao citoesqueleto, e a enzima fosfatase alcalina para imitar o processo de biomineralização encontrado nos ossos humanos. 🧫🧬

 

😲A expressão de proteínas não apenas imita uma das propriedades fundamentais das células vivas, mas também mostra o potencial dessas células artificiais em várias aplicações, desde a entrega de medicamentos até a engenharia de tecidos.

 

“Andrea Belluati afirma: “Nosso estudo preenche uma lacuna crucial na biologia sintética, unindo o mundo dos materiais sintéticos com processos enzimáticos para criar células artificiais complexas, assim como as células reais”. “Isso abre novos horizontes na criação de células-mímicas que não são apenas estruturalmente semelhantes às células biológicas, mas também funcionalmente competentes.”

 

Nico Bruns complementa: “As polimerizações radicais enzimáticas são a chave para criar essas células artificiais. Enzimas sintetizam polímeros que se auto-organizam durante a polimerização em cápsulas poliméricas nano e microdimensionais. Este é um modo muito simples, porém eficiente, de preparar as células artificiais. Em trabalhos futuros, pretendemos usar proteínas expressas nas células artificiais para catalisar mais polimerizações, imitando assim o crescimento e a replicação de células naturais.”

 

Esta pesquisa, um esforço colaborativo que inclui o Departamento de Química e Centro de Biologia Sintética da Universidade Técnica de Darmstadt, a Universidade de Strathclyde, o Instituto Adolphe Merkle da Universidade de Fribourg e a Universidade de undefinedl, marca um marco na síntese de células artificiais semelhantes à vida. É resultado de um projeto financiado pela Fundação Nacional de Ciências da Suíça através do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) Materiais Bio-Inspirados, uma bolsa Marie Skłodowska-Curie financiada pela UE para Andrea Belluati, e um projeto do Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas do Reino Unido. 🌍💡

 

 

https://www.bionity.com/en/news/1182204/breakthrough-in-the-synthesis-of-artificial-cells.html?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=bionityen&WT.mc_id=ca0265

 

 

👩‍⚕️Engenheiros do MIT projetam uma réplica robótica da câmara direita do coração ❤️🩺

 

Para finalizar a Carta de Hoje, 👩‍⚕️🎉uma homenagem a uma cardiologista infantil que é uma das maiores especialistas em Ventrículo Direito do Brasil, que faz aniversário justamente hoje: minha amada esposa Dra. Claudia Castro Grau! ❤️

 

Em um avanço significativo para a cardiologia, engenheiros do MIT desenharam uma réplica robótica do ventrículo direito do coração. Este modelo realista abre novos caminhos no desenvolvimento de melhores implantes cardíacos e na compreensão de distúrbios cardíacos pouco estudados.

A inovação é notável: o “robô-ventrículo” combina tecido cardíaco real com músculos artificiais semelhantes a balões, permitindo que os cientistas controlem as contrações do ventrículo enquanto observam o funcionamento de suas válvulas naturais e outras estruturas complexas. A capacidade de ajustar o modelo para simular estados saudáveis e doentes é um avanço crítico, especialmente na simulação de condições como hipertensão pulmonar e infarto do miocárdio. 🩺🤖🔬

 

O interessante aqui é que o ventrículo direito é fundamental na circulação do sangue desoxigenado para os pulmões e, embora tenha uma carga de trabalho mais leve em comparação com o ventrículo esquerdo, sua complexidade anatômica e funcional tem sido um desafio para os médicos. Ferramentas convencionais muitas vezes não conseguem capturar a mecânica e a dinâmica do ventrículo direito, levando a diagnósticos imprecisos e estratégias de tratamento inadequadas.

 

A equipe do MIT, liderada por Manisha Singh, demonstrou como o robô-ventrículo pode ser uma plataforma realista para estudar distúrbios do ventrículo direito e testar dispositivos e terapias destinados a tratá-los. Além disso, o RRV pode ser usado para estudar os efeitos da ventilação mecânica no ventrículo direito e desenvolver estratégias para prevenir a insuficiência cardíaca direita em pacientes vulneráveis.

 

Este estudo, publicado na Nature Cardiovascular Research, não é apenas um exemplo de inovação técnica, mas também um símbolo de esperança para milhões que sofrem de distúrbios cardíacos. Com o RRV, há um potencial para melhorar significativamente a precisão dos diagnósticos cardíacos e a eficácia das terapias, um passo gigantesco no caminho da medicina personalizada e da inovação em saúde.

 

https://news.mit.edu/2023/mit-engineers-design-robotic-replica-hearts-right-chamber-1208

 

Uauuu…Hoje peguei pesado, não é? Rs 😅

 

A não ser que você seja um biocientista como meu caro Paulo Muniz, cohost do nosso podcast TrenDs News, talvez você tenha tido que ler os artigos mais de uma vez…

 

Mas tenho certeza que a mensagem que ficou ao menos indica o caminho fascinante para onde nosso mundo está se dirigindo…Com seres humanos e máquinas cada vez mais integrados e convivendo de maneira simbiótica.

 

Convido todos os líderes empresariais a refletirem profundamente sobre essas tecnologias e como elas podem impactar seus negócios, tomando iniciativas de se envolverem em diálogos construtivos que levem a ações decisivas. O futuro já está aqui, e as escolhas feitas hoje determinarão o legado deixado para as próximas gerações.

 

Inclusive, me coloco pessoalmente à disposição, para agendar uma conversa a respeito de como a sua organização está em sua jornada de Transformação Digital e como podemos construir e avaliar cenários de futuro considerando o impacto de tecnologias como as mencionadas neste artigo. Fique à vontade de me acessar pelos meus canais ou diretamente pelo e-mail renatograu@innovision.com.br.

 

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Renato Grau

Renato Grau

Engenheiro, futurista e especialista em Transformação Digital

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